DE3911088C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für
eine elektrische Hilfskraftlenkeinrichtung eines Kraftfahr
zeugs.
Bei einer bekannten elektrischen Hilfskraftlenkeinrichtung
für ein Kraftfahrzeug wird die Lenkkraft durch einen elek
trischen Motor unterstützt, um die Lenkkraft zu verringern.
Bei einer derartigen Lenkeinrichtung bewirkt jedoch eine
Ansprechverzögerung eines über eine elektrische Schaltung
übertragenen elektrischen Signals eine Zeitverzögerung
zwischen der Erfassung der Lenkkraft durch einen Drehmo
mentfühler und der Erzeugung der Hilfskraft durch den Elek
tromotor. Die Zeitverzögerung bewirkt eine Verringerung
der Gegenkraft gegen eine äußere Störung, so daß Eigen
schwingungen auftreten können, wenn das Lenkrad gedreht
wird, während das Kraftfahrzeug hält. Ferner wird die An
sprechempfindlichkeit der Hilfskraftlenkeinrichtung durch
die Massenträgheit des Elektromotors und die Reibung des
Drehzahluntersetzungsmechanismus verringert, so daß der
Fahrer einer erhöhten Belastung ausgesetzt ist.
Um dies zu vermeiden, ist aus der DE 35 37 024 A1 bekannt,
eine Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenk
einrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsions-Dreh
momentfühler, der das Torsions-Drehmoment einer Lenkwelle
erfaßt, mit einem Hilfsdrehmomentstromgenerator zum Erzeugen
eines Hilfsmotorstroms in Abhängigkeit von einem Ausgangs
signal des Torsions-Drehmomentfühlers, einem Kompensations
stromgenerator zum Erzeugen eines Kompensationsstroms in
Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangs
signals des Torsions-Drehmomentfühlers, einem Lenkwinkel
fühler, einem Korrekturkoeffizientengenerator, der in Ab
hängigkeit von dem Ausgangssignal eines Fahrzeugs
geschwindigkeitsfühlers einen Korrekturkoeffizienten er
zeugt, und einem Multiplizierer zum Multiplizieren des
Hilfsdrehmomentstroms mit dem Korrekturkoeffizienten, wobei
die Abhängigkeit des Korrekturkoeffizienten von der Fahr
zeuggeschwindigkeit so gewählt ist, daß der korrigierte
Hilfsdrehmomentstrom abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindig
keit zunimmt, und wobei einem die Hilfskraft ausübenden
Elektromotor ein von der Summe aus dem Kompensationsstrom
und dem korrigierten Hilfsdrehmomentstrom abhängiger An
triebsstrom zugeführt wird. Darüber hinaus wird bei dieser
bekannten Steuervorrichtung ein dem Differential des Dreh
momentsignals proportionales Signal zum Drehmomentsignal
der Lenkwelle addiert. Eine ähnliche Steuervorrichtung
ist aus der DE 37 09 590 A1 bekannt. Wenn die Steuerung
des Lenkrades jedoch zu empfindlich und die Hilfskraft
des Elektromotors selbst bei einem kleinen Lenkwinkel groß
ist, wird die Lenkkraft so weit verringert,
daß die Ansprechkennlinie des Lenkvorgangs zwar für den
Fall erheblich verbessert wird, daß das Kraftfahrzeug auf
einer geraden Straße fährt. Wenn dagegen das Lenkrad jedoch sehr
stark und rasch eingeschlagen wird, ist der Lenkvorgang
zu empfindlich, so daß die Gefahr einer Übersteuerung be
steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervor
richtung der eingangs genannten Art anzugeben, durch die
die Gefahr einer Übersteuerung bei starkem und raschem
Lenkradeinschlag auf einfache Weise vermieden wird.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den Pa
tentansprüchen 1 und 3 angegeben.
Eine Weiterbildung ist in Anspruch 2 angegeben.
Die Erfindung und ihre Weiterbildung werden nachstehend
anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
im Vergleich zu einer bekannten Vorrichtung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hilfskraftlenk
einrichtung mit einer erfindungsgemäßen Steuervorichtung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuervor
richtung,
Fig. 3 ein Diagramm der Abhängigkeit eines Hilfsmotorstroms
von einem Lenk-Drehmomentsignal,
Fig. 4 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Kompensa
tionsstrom ip und der zeitlichen Differentiation des
Lenk-Drehmomentsignals und
Fig. 5 ein Diagramm der Abhängigkeit eines Korrekturkoeffi
zienten k vom Lenkwinkel.
Bevor die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, sei zu
nächst auf eine herkömmliche Steuervorrichtung für eine
elektrische Hilfskraftlenkeinrichtung näher eingegangen.
Die Lenkeinrichtung nach Fig. 1 ist eine Zahnstange-Ritzel-
Lenkeinrichtung und enthält ein Lenkrad 1, das mit einer
Lenkwelle 2 (Lenksäule) zum Lenken von Vorderrädern verbun
den ist. Die Lenkwelle 2 ist mit den Vorderrädern über ein
Lenkgetriebe 3 sowie eine Zahnstange-Ritzel-Einrichtung
4, die antriebsmäßig miteinander verbunden sind, drehbar
verbunden.
Eine weitere Zahnstange-Ritzel-Einrichtung 5 wirkt mit einer
Zahnstange 6 zusammen. Das Ritzel ist antriebsmäßig mit
der Ausgangswelle 9 eines Untersetzungsgetriebes 8 verbun
den, das am Motor 7 angebracht ist. Am Lenkgetriebe 3 ist
ein Torsions-Drehmomentfühler 11 zum Messen des Torsions
drehmoments der Lenkwelle 2 angeordnet, und in der Nähe
der Zahnstange 4 ist ein Lenkwinkelfühler 18 zum Messen
der Axialbewegung der Zahnstange 6 angebracht, die dem Lenk
winkel der Lenkräder des Fahrzeugs entspricht. Die Ausgangs
signale der Fühler 11 und 18 werden einer erfindungsgemäßen
Steuerschaltung 10 zugeführt.
Die Steuerschaltung 10 ist mit dem Motor 7 verbunden.
Nach der Erfindung ist in der herkömmlichen Steuervorrich
tung zum Steuern der oben beschriebenen Hilfskraftlenkein
richtung ein Torsions-Drehmomentfühler 11 zum Erfassen eines
in der Lenkwelle 2 erzeugten Torsions-Drehmoments und zur
Abgabe eines Drehmomentsignals an einen Hilfsdrehmomentstrom
generator 12 vorgesehen. Der Hilfsdrehmomentstromgenerator
12 erzeugt einen Hilfsmotorstrom i in Abhängigkeit von dem
Drehmomentsignal, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und
der Hilfsmotorstrom i wird einer Motorantriebseinrichtung
15 des Elektromotors 7 zugeführt. Eine Differenzierschaltung
13 differenziert das vom Drehmomentfühler 11 erzeugte Drehmo
mentsignal (nach der Zeit), und das Ausgangssignal der Diffe
renzierschaltung 13 wird zu dem dem Hilfsdrehmomentstromgene
rator 12 zugeführten Drehmomentsignal addiert. Das Ausgangs
signal der Differenzierschaltung 13 wird ferner einem Kompen
sationsstromgenerator 14 zugeführt, der einen Kompensations
strom ip erzeugt, der mit dem Differential des Drehmoment
signals zunimmt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Der Kompensationsstrom ip wird zum Hilfsmotorstrom i addiert,
und die Summe i+ip wird der Motorantriebseinrichtung 15
zugeführt. In Abhängigkeit von dem Summensignal i+ip treibt
die Motorantriebseinrichtung 15 den Elektromotor 7 der Hilfs
kraftlenkeinrichtung im Sinne einer Lenkunterstützung an.
Bei dieser Ausbildung verringert das zum Ausgangssignal
der Differenzierschaltung 13 addierte Drehmomentsignal die
Breite eines Unempfindlichkeitsbereiches, der in Fig. 3
dargestellt ist, so daß das Auftreten einer Selbstschwingung
selbst dann verhindert wird, wenn bei haltendem Fahrzeug
zu lenken versucht wird. Ferner behebt der zum Hilfsmotor
strom i addierte Kompensationsstrom ip den nachteiligen
Einfluß der Massenträgheit des Hilfsmotors, während das
Kraftfahrzeug fährt.
Wenn das Kraftfahrzeug bei dem herkömmlichen Aufbau der
Steuervorrichtung jedoch auf einer geraden Straße fährt
und eine häufige Richtungskorrektur mit kleinem Lenkwinkel
erforderlich ist, aber der Strom ip augenblicklich auf einen
großen Wert eingestellt ist, um die Lenkkraft nur in einem
kleinen Winkelbereich zu verringern, dann kann eine Über
steuerung bei einer raschen Lenkbewegung mit großem Lenkwin
kel auftreten.
Erfindungsgemäß ist eine Hilfsdrehmomentstromkorrekturschal
tung 16 mit einem Lenkwinkelfühler 18, einem Korrekturkoef
fizientgenerator 19 und einem Multiplizierer 20 zusätzlich
in der Steuerschaltung vorgesehen, wie es durch die strich
punktierte Linie in Fig. 2 angedeutet ist.
Der Korrekturkoeffizientgenerator 19 bestimmt den Wert eines
Korrekturkoeffizienten k nach Fig. 5 so, daß er gleich 1
ist, wenn der vom Lenkwinkelfühler 18 festgestellte Lenkwin
kel gleich 0 ist, und verringert den Korrekturkoeffizienten
auf beispielsweise 0,4, wenn der Lenkwinkel auf einen vorbe
stimmten Wert im Bereich zwischen 90° und 180° zunimmt.
Der Wert von 0,4 wird unabhängig von einem weiteren Anstieg
des Lenkwinkels beibehalten. Da der Korrekturkoeffizient k
mit zunehmendem Lenkwinkel abnimmt, wird die Hilfskraft des
Elektromotors 7 geringfügig verringert, wenn der Lenkwinkel
groß ist. Erfindungsgemäß bewirkt die Hilfsdrehmomentstrom
korrekturschaltung 16, daß der Korrekturkoeffizient k den
Einfluß der Massenträgheit des Motors in Abhängigkeit von
der Zunahme des Lenkwinkels beseitigt. Infolgedessen kann
die zum Korrigieren des Lenkwinkels auf einer geraden Straße
erforderliche Lenkkraft erheblich verringert werden, während
die für eine rasche Lenkung mit großem Lenkwinkel erforder
liche Lenkkraft so zunimmt, daß der Fahrer durch die Straße
verursachte Gegenkräfte noch hinreichend deutlich beim Len
ken fühlt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwar der Lenkwinkelfühler
18 erforderlich. Doch ist es auch möglich, daß die Lenkein
richtung inhärent einen Lenkwinkelfühler aufweist, der die
Funktion hat, die Lenkgegenkraft entsprechend dem Lenkwinkel
zu erhöhen.
Es ist aber auch möglich, daß der Korrekturkoeffizient k
mit zunehmendem Lenkwinkel abnimmt und der Lenkwinkel mit
dem Kompensationsstrom ip multipliziert wird. Sodann ist es
möglich, daß der Korrekturkoeffizientgenerator 19 einen
Korrekturkoeffizienten k′ erzeugt, der mit zunehmendem Lenk
winkel zunimmt und vom Kompensationsstrom ip subtrahiert
wird.
Erfindungsgemäß nimmt der Kompensationsstrom ip mit zunehmen
dem Lenkwinkel ab, so daß die Lenkkraft vermindert und das
Ansprechverhalten beim Fahren auf gerader Straße, wobei
häufige Richtungskorrekturen mit kleinem Lenkwinkel erfor
derlich sind, verbessert wird.
Der Fahrer muß ferner eine große Lenkkraft aufbringen und
fühlt eine entsprechende Gegenkraft, wenn das Lenkrad plötz
lich und über einen großen Winkel gedreht wird.
Durch den einfachen und praktischen Aufbau der erfindungsge
mäßen Steuervorrichtung wird die Lenkbarkeit mithin erheblich
verbessert.
Abwandlungen von den bevorzugten Ausführungsbeispielen lie
gen im Rahmen der Erfindung.
Claims (3)
1. Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenkein
richtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsions-Drehmoment
fühler (11), der das Torsions-Drehmoment einer Lenkwelle (2)
erfaßt, einem Hilfsdrehmomentstromgenerator (12) zum Erzeugen
eines Hilfsmotorstroms (i) in Abhängigkeit von einem Ausgangs
signal des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Kompensa
tionsstromgenerator (14) zum Erzeugen eines Kompensationsstroms
(ip) in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Aus
gangssignals des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Lenk
winkelfühler (18), einem Korrekturkoeffizientgenerator (19),
der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Lenkwinkelfü
lers (18), einen Korrekturkoeffizienten (K) erzeugt, und einem Mul
tiplizierer (20) zum Multiplizieren des Kompensationsstroms
(ip) mit dem Korrekturkoeffizienten (K), wobei die Abhängigkeit
des Korrekturkoeffizienten (K) vom Lenkwinkel so gewählt ist,
daß der korrigierte Kompensationsstrom (K · ip) abnimmt, wenn
der Lenkwinkel zunimmt, und wobei einem die Hilfskraft ausüben
den Elektromotor (7) ein von der Summe aus dem Hilfsmotorstrom
(i) und dem korrigierten Kompensationsstrom (K · ip) abhängiger
Antriebsstrom zugeführt wird.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Korrekturkoeffizient (K) in Abhängigkeit von dem durch
den Lenkwinkelfühler (18) festgestellten Lenkwinkel derart
ändert, daß der Korrekturkoeffizient von einem ersten vorbe
stimmten Wert auf einen zweiten vorbestimmten Wert in Abhängig
keit von einer Zunahme des Lenkwinkels abnimmt.
3. Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenkein
richtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsions-Drehmoment
fühler (11), der das Torsions-Drehmoment einer Lenkwelle (2)
erfaßt, einem Hilfsdrehmomentstromgenerator (12) zum Erzeugen
eines Hilfsmotorstroms (i) in Abhängigkeit von einem Ausgangs
signal des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Kompensa
tionsstromgenerator (14) zum Erzeugen eines Kompensationsstroms
(ip) in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Aus
gangssignals des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Lenk
winkelfühler (18), einem Korrekturkoeffizientgenerator (19),
der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Lenkwinkelfüh
lers (18) einen mit dem Lenkwinkel zunehmenden Korrekturkoeffi
zienten (K′) erzeugt, und einer Subtraktionsschaltung zum Sub
trahieren des Korrekturkoeffizienten (K′) vom Kompensationsstrom (ip),
so daß der korrigierte Kompensationsstrom (ip-K′) abnimmt, wenn der
Lenkwinkel zunimmt, wobei einem die Hilfskraft ausübenden
Elektromotor (7) ein von der Summe aus dem Hilfsmotorstrom
(i) und dem korrigierten Kompensationsstrom (ip-K′) abhängiger An
triebsstrom zugeführt wird.
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