DE3908217C2 - - Google Patents
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- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Einrichtung zum Steuern einer elektrischen Servolenkeinrichtung.
Ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 sind prinzipiell
aus der DE 37 23 770 A1 entnehmbar.
Allgemein wirken Servolenkeinrichtungen für Fahrzeuge
entsprechend dem über die Lenkspindel übertragenen
Drehmoment, um die Lenkung kraftmäßig zu unterstützen.
In den bekannten Servolenkeinrichtungen oder Lenkhilfen
sind die am meisten verbreiteten solche, die mit Öldruck
(hydraulisch) arbeiten
oder die elektrisch
angetrieben werden.
Servolenkeinrichtungen erzeugen im allgemeinen bei
einem hohen Lenkmoment ein exzessiv großes Hilfs- oder
Unterstützungsdrehmoment und werden einer größeren Last
als notwendig ausgesetzt. Dies trifft für den Fall zu,
bei dem das Lenkrad vollständig bis zum Anschlag eingeschlagen
wird und anschließend durch Anwendung einer
zusätzlichen Kraft auf das Rad in dieser Stellung gehalten
wird.
Die DE 37 23 770 A1 befaßt sich mit der Lösung der
Aufgabe, übermäßige Batterieentladungen sowie Überhitzungen
der Motorwicklungen im Bereich des maximalen Lenkradeinschlagwinkels
zu vermeiden. Dabei wird ermittelt, wann
die Zahnstange einer Zahnstange/Ritzel-Lenkung das Ende
des Zahnstangenbereichs oder einen Punkt in unmittelbarer
Nähe davor erreicht. In diesem Fall wird von einem entsprechenden
Annäherungsfühler ein Meldesignal geliefert,
woraufhin der dem Motor zur Aufbringung der Lenkhilfe
zugeführte Antriebsstrom, wenn der Einschlagwinkel den
dieser Zahnstangenstellung entsprechenden Lenkwinkel
übersteigt, graduierlich abgesenkt wird. Dabei wird der
Strom stets bis auf einen vorgegebenen Wert abgesenkt
und dieser Zustand reduzierter Lenkhilfe mit konstantem
Strom dann beibehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zum Steuern einer elektrischen Servolenkung für
Fahrzeuge bzw. eine entsprechende Einrichtung anzugeben,
in denen ein Begrenzungswert des Ankerstroms eines
elektrischen Motors zum Zuführen der Lenkhilfskraft in
der Nähe des maximalen Lenkwinkels unter Berücksichtigung
von verschiedensten Bedingungen wie dem
Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche und dem
Bruttogewicht des Fahrzeugs so vorgegeben wird, daß
ein exzessiver Stromfluß verhindert wird, wenn das
Lenkrad im Anschlag gehalten wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs
1 bzw. 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bei einem Lenkwinkel, der um
einen spezifischen Winkel geringer als der maximale Einschlagwinkel
ist, der aktuelle Strom des elektrischen Lenkhilfsmotors
gespeichert. Ferner wird der Sollstrom, d. h.
der dem Motor von der Hilfsdrehmomentsignalerzeugungsvorrichtung
zuzuführende Strom, mit diesem gespeicherten
Wert verglichen, und es wird der Stromwert selektiert,
der geringer ist. Die Lenkhilfe in der Lenkeinrichtung
erfolgt daraufhin mit diesem selektierten geringeren
Stromwert. Somit entspricht hier der Strombegrenzungswert
dem Stromwert bei einem vorbestimmten Lenkwinkel,
der in der Nähe des maximalen Einschlagwinkels liegt,
wobei dieser vorbestimmte Lenkwinkel geringer als der
maximal mögliche Winkel ist.
Aus diesem Grund nimmt der Strombegrenzungswert
für den Motor einen von verschiedenen variierenden Bedingungen
und Einflüssen wie Reibungskoeffizienten der
Fahrbahn, Bruttogewicht des Fahrzeugs usw. abhängigen
Wert an, der jeweils dem aktuellen Stromwert bei dem
vorgegebenen Winkel unterhalb des Maximaleinschlags
entspricht.
In der vorgenannten DE 37 23 770 A1 hingegen wird
der Strom stets einfach auf einen vorbestimmten Wert
graduierlich abgesenkt, wenn ein vorgegebener Lenkwinkel
überschritten wird.
Die Erfindung ermöglicht somit durch die Selektion
zwischen dem Stromsollwert und dem gespeicherten, diesen
aktuellen Stromwert bei vorgegebenem Lenkwinkel repräsentierenden
Wert eine optimal abgestimmte Lenkhilfe.
Darüber hinaus werden eine Überhitzung verschiedener
Systemelemente, z. B. Transistoren, des Motors und dessen
Antriebseinheit sowie eine übermäßige Entladung und
Verschlechterung der Batterie vermieden. Der erforderliche
Strom zur Gewährleistung der Lenkung bleibt in
jedem Fahrzustand sichergestellt.
In einem Lenkwinkelbereich außerhalb der Umgebung
des maximal möglichen Einschlagwinkels wird kein
Strombegrenzungswert verwendet. Infolgedessen wird
auch keine unnötige Lenkhilfe angewandt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfin
dungsgemäßen Servolenkeinrichtung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das ein Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung darstellt; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die
Beziehung zwischen dem Lenkwinkel und dem Ausgangs
signal einer Maximallenkwinkelbestimmungsvorrichtung
aus Fig. 2 zeigt.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Beispiel
der erfindungsgemäßen Servolenkeinrichtung für ein
Automobilfahrzeug umfaßt: einen Lenkspindeldrehmoment
sensor 1 zur Erfassung des Torsionsdrehmoments oder
der Torsionsdrehkraft, die über
eine Lenkwelle oder Lenkspindel 8 übertragen wird,
und zur Erzeugung eines Drehmomentsignals, das pro
portional zum Lenkspindeldrehmoment ist; eine Hilfs
drehmomentsignalerzeugungsvorrichtung 2, die auf das
Drehmomentsignal anspricht und einen Motorstromsteuer
wert oder -befehlswert erzeugt; eine Motorantriebs
einrichtung 3, die in Abhängigkeit vom Motorstrom
steuerwert wirkt, um einen elektrischen Motor 4 so
anzutreiben, daß dieser an einen Lenkmechanismus 5
der Lenkanordnung Hilfskraft überträgt; und eine
Motorstromerfassungsvorrichtung 6 zum Erfassen des
tatsächlichen, gegenwärtigen Stroms. Die Motoran
triebseinrichtung 3 vergleicht als eine Regeleinrich
tung den Motorstromsteuerwert mit dem aktuellen
Motorstrom-Istwert und führt eine Rückkopplungs
regelung aus.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist
eine Systemschutzeinrichtung 7 in Kombination mit
den oben erläuterten Komponenten der Lenkeinrichtung
vorgesehen und umfaßt die folgenden Vorrichtungen.
Ein Lenkradwinkelsensor 7a ist vorgesehen, um
den Drehwinkel des Lenkrades zu erfassen und um den
erfaßten Winkel einer Maximallenkwinkelbestimmungs
vorrichtung 7b zuzuführen. Diese Vorrichtung 7b führt
eine Entscheidung in Abhängigkeit vom an sie über
tragenen, erfaßten Winkel durch und erzeugt ein Aus
gangssignal, wenn der Lenkwinkel einen Wert annimmt,
der gleich einem höheren vorbestimmten Winkel ist
oder diesen Winkel übersteigt. Dieser Winkel ist um
einen spezifischen Winkel, beispielsweise 10° kleiner
als ein maximaler Lenkwinkel. Das Ausgangssignal
ist ausgeschaltet, d. h. wird Null, wenn der erfaßte
Lenkwinkel z. B., wie in Fig. 3 angezeigt, einen um
20° niedrigeren vorbestimmten Wert als den maximalen
Lenkwinkel annimmt. Eine Strombegrenzungswertfest
legungsvorrichtung 7c wirkt beim Empfang des Ausgangs
signals von der Maximallenkwinkelbestimmungsvorrich
tung 7b so, daß sie den Motorstromsteuerwert, der
von der Motorstromerfassungsvorrichtung 6 erfaßt
worden ist, speichert. Die Vorrichtung 7c erzeugt einen
Motorstrombegrenzungswert, bis das Ausgangssignal von
der Vorrichtung 7b auf Aus geschaltet wird. Der Motor
strombegrenzungswert wird zu einem Komparator 7d
übertragen, der zwischen der Hilfsdrehmomentsignal
erzeugungsvorrichtung 2 und der Motorantriebseinheit 3
vorgesehen ist. Anschließend werden der von der Vor
richtung 2 ausgegebene Motorstromsteuerwert und der
von der Vorrichtung 7c ausgegebene Motorstrombegren
zungswert vom Komparator 7d verglichen. Der Kompara
tor 7d wählt den geringeren Wert aus und überträgt
diesen zur Motorantriebseinheit 3.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der
Motorstromwert, der in Abhängigkeit von der Größe
des Lenkspindeldrehmomentsignals vom Lenkspindeldreh
momentsensor 1 bestimmt wird, als der Motorstrom
begrenzungswert für die Zeit verwendet, in der der
Lenkradwinkel die Umgebung seines maximalen Dreh
winkels erreicht, d. h. in dessen Nähe kommt. Der
Motorstromwert wird auch als der Motorstrombegrenzungs
wert angewandt, wenn das Lenkrad auf den maximalen Dreh
winkel und bis zum Anschlag gedreht wird, und es wird
weiter eine Bremskraft angewandt, um den eingelenkten
Zustand zu halten. Aus diesem Grund nimmt der Motor
strombegrenzungswert in Abhängigkeit von verschiedenen
Bedingungen und Einflüssen wie dem Reibungskoeffi
zienten der Straßenoberfläche und dem Bruttogewicht
des Fahrzeugs einen vorbestimmten Wert an. Auf diese
Weise verhindert die Systemschutzeinrichtung die
Überhitzung verschiedenster Einrichtungselemente
z. B. der Transistoren, die Elemente des Motors 4 und
der Motorsteuereinheit 3 sind, und verhindert eine
exzessive Entladung der Batterie. Zugleich kann die
Zerstörung der Batterie wirksam verhindert werden.
Auf diese Weise wird der notwendige Motorstrom zum
Lenken zuverlässig sichergestellt.
Darüber hinaus wird im normalen Lenkbereich, in
dem der Lenkwinkel nicht die Nähe des maximalen Lenk
winkels erreicht, ein solcher Motorstrombegrenzungs
wert nicht angewandt. Infolgedessen wird auch keine
nicht notwendige Kraftunterstützung angewandt.
Das an Hand der Figuren erläuterte Ausführungs
beispiel kann in vielfacher Hinsicht abgewandelt und
modifiziert werden, um es beispielsweise auf Hub-
oder Gabelstapler und andere industrielle Fahrzeuge
anzuwenden, ohne hierbei den Schutzumfang der vor
liegenden Erfindung zu verlassen oder von der Erfin
dungsidee abzuweichen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Steuern einer elektrischen Servolenkeinrichtung
eines Fahrzeugs, bei der der einem Elektromotor
zugeführte Sollstrom in Abhängigkeit vom über
eine Lenkspindel mit Lenkrad übertragenen Drehmoment
gesteuert wird und die Lenkeinrichtung durch den Motor
unterstützt wird, welches Verfahren folgende Schritte
aufweist:
- a) Voreinstellung eines Lenkwinkels zur Gewinnung eines vorbestimmten Winkelwerts, der in der Nähe des maximalen Einschlagwinkels der Lenkung liegt und um einen spezifischen Winkelwert kleiner als dieser maximale Einschlagwinkel ist,
- b) Erfassen des Lenkwinkels beim Einschlagen des Lenkrades zur Gewinnung eines erfaßten Lenkwinkelwerts,
- c) Übertragen des erfaßten Lenkwinkelwerts und Ermitteln, wann der erfaßte Lenkwinkelwert einen dem vorbestimmten Winkelwert entsprechenden oder größeren Wert erreicht, und
- d) Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn der Lenkwinkelwert den vorbestimmten Wert erreicht oder übersteigt,
gekennzeichnet durch
- e) Empfangen dieses Ausgangssignals und Speichern des aktuellen Stromwerts vom Elektromotor als einen diesem vorbestimmten Winkelwert entsprechenden Begrenzungsstrom,
- f) Übertragen und Vergleichen des Sollstroms mit dem Begrenzungsstrom und Selektieren des geringeren Werts von beiden, und
- g) Steuern der Servolenkeinrichtung zur Unterstützung der Lenkung in Lenkrichtung mit dem selektierten Wert des Stroms.
2. Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen
Servolenkeinrichtung eines Fahrzeugs, bei der der einem
Elektromotor zugeführte Sollstrom in Abhängigkeit vom
über eine Lenkspindel übertragenen Drehmoment
gesteuert wird und die Lenkeinrichtung durch den
Motor unterstützt wird, welche Steuereinrichtung aufweist:
eine Lenkradwinkelerfassungsvorrichtung (7a), die einen Lenkwinkel beim Einschlagen des Lenkrades erfaßt, und
eine Vorrichtung (7b), die einen Zustand ermittelt, in dem der Lenkwinkel einen Wert annimmt, der einem vorbestimmten Winkel entspricht, oder diesen übersteigt, gekennzeichnet durch
eine Speichervorrichtung (7c) zum Speichern des aktuellen Stroms vom Elektromotor (4) als einen Begrenzungsstrom zu dem Zeitpunkt, wenn die Ermittlungsvorrichtung (7b) diesen Zustand feststellt,
eine Vergleichsvorrichtung (7d), die den Sollstrom und den Begrenzungsstrom vergleicht und den geringeren Wert dieser beiden Ströme selektiert, und
eine Steuervorrichtung (3) zur Steuerung der elektrischen Servolenkeinrichtung mit dem geringeren selektierten Wert, um eine Überhitzung verschiedener Elemente der elektrischen Servolenkeinrichtung zu vermeiden.
eine Lenkradwinkelerfassungsvorrichtung (7a), die einen Lenkwinkel beim Einschlagen des Lenkrades erfaßt, und
eine Vorrichtung (7b), die einen Zustand ermittelt, in dem der Lenkwinkel einen Wert annimmt, der einem vorbestimmten Winkel entspricht, oder diesen übersteigt, gekennzeichnet durch
eine Speichervorrichtung (7c) zum Speichern des aktuellen Stroms vom Elektromotor (4) als einen Begrenzungsstrom zu dem Zeitpunkt, wenn die Ermittlungsvorrichtung (7b) diesen Zustand feststellt,
eine Vergleichsvorrichtung (7d), die den Sollstrom und den Begrenzungsstrom vergleicht und den geringeren Wert dieser beiden Ströme selektiert, und
eine Steuervorrichtung (3) zur Steuerung der elektrischen Servolenkeinrichtung mit dem geringeren selektierten Wert, um eine Überhitzung verschiedener Elemente der elektrischen Servolenkeinrichtung zu vermeiden.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß vorgesehen sind:
ein Lenkspindeldrehmomentsensor (1) zur Lieferung eines vom auf die Lenkspindel (8) übertragenen Drehmoment abhängigen Drehmomentsignals;
eine Hilfsdrehmomentsignal-Erzeugungsvorrichtung (2), die auf das Drehmomentsignal anspricht, um ein dem Sollstrom entsprechendes Sollmotorstromsteuersignal zu erzeugen;
eine Motorantriebsvorrichtung (3), die zum Antrieb des Elektromotors (4) auf das ihr zugeführte Sollmotorstromsignal bzw. auf das selektierte geringere Stromsignal anspricht, wenn der vorbestimmte Lenkwinkel erreicht oder überschritten ist; und
eine Motorstromerfassungsvorrichtung (6), die den aktuellen Strom des Elektromotors (4) empfängt und erfaßt und ein dem aktuellen Strom des Elektromotors entsprechendes Motorstromsignal erzeugt.
ein Lenkspindeldrehmomentsensor (1) zur Lieferung eines vom auf die Lenkspindel (8) übertragenen Drehmoment abhängigen Drehmomentsignals;
eine Hilfsdrehmomentsignal-Erzeugungsvorrichtung (2), die auf das Drehmomentsignal anspricht, um ein dem Sollstrom entsprechendes Sollmotorstromsteuersignal zu erzeugen;
eine Motorantriebsvorrichtung (3), die zum Antrieb des Elektromotors (4) auf das ihr zugeführte Sollmotorstromsignal bzw. auf das selektierte geringere Stromsignal anspricht, wenn der vorbestimmte Lenkwinkel erreicht oder überschritten ist; und
eine Motorstromerfassungsvorrichtung (6), die den aktuellen Strom des Elektromotors (4) empfängt und erfaßt und ein dem aktuellen Strom des Elektromotors entsprechendes Motorstromsignal erzeugt.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung (7) zur Vorgabe des Winkelwerts, der
dem vorbestimmten Lenkwinkel entspricht, welcher in der
Nähe des maximalen Einschlagwinkels der Lenkung liegt und
um einen spezifischen Winkel kleiner als dieser maximale
Einschlagwinkel ist.
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