DE3908217C2 - - Google Patents

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.

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.

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.