DE4326992C2 - Elektrisch betätigtes Servolenksystem - Google Patents
Elektrisch betätigtes ServolenksystemInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch betätigbares
Servolenksystem für ein Motorfahrzeug mit lenkbaren Rädern nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der DE-OS 38 12 317
bekannt ist.
Es sind elektrisch betätigbare Servolenksysteme zur Steuerung
eines von einem Elektromotor gelieferten Hilfsdrehmomentes auf
der Basis eines durch einen Lenkerdrehmomentdetektor detektier
ten Handlenkdrehmomentes bekannt. Beispiele für derartige elek
trisch betätigbare Servolenksysteme sind in den US-PS 4,657,103
und 4,681,183 beschrieben.
Aus der DE 39 29 176 A1 ist eine elektromotorische Servolenkung
bekannt, deren Servoantrieb in Abhängigkeit von einem Lenkrad
moment als Istwert und einem zwischen Servoantrieb und Rad
tragkonstruktion auftretendem Lenkmoment als Sollwert geregelt
wird. Die Regelung unterliegt einer Dämpfung in Abhängigkeit
von dem Lenkmoment und/oder der Lenkgeschwindigkeit und/oder
der Fahrgeschwindigkeit.
Da jedoch die bekannten elektrisch betätigbaren Servolenksy
steme das Hilfsdrehmoment auf der Basis des detektierten Hand
lenkdrehmomentes steuern, werden verschiedene Faktoren nicht in
Rechnung gestellt, welche das Fahrgefühl über die Lenkcharak
teristik, d. h. die Trägheit des Elektromotors und die Reibung
des Servolenksystems beeinträchtigen.
Ein weiteres Problem bei den bekannten elektrisch betätigten
Servolenksystemen besteht darin, daß auf das Lenkrad wirkende
Rückstellkräfte im Bereich der neutralen Stellung des Lenkrads
schwach sind, weil das Selbstausrichtungsmoment der Reifen
klein ist. Befindet sich das Lenkrad im Bereich der neutralen
Stellung, können Unregelmäßigkeiten oder Welligkeiten der
Straßendecke ungewollte Lenkradbewegungen erzwingen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein elektrisch betätigtes Servolenksystem anzugeben, mit dem
durch Unregelmäßigkeiten oder Welligkeiten der Straßendecke
erzwungene Lenkradbewegungen verhindert werden.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrisch betätigten Servolenksy
stem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merk
male des Patentanspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Servolenksystem wird ein Ziellenkdreh
moment auf der Basis eines durch den Lenkwinkel-Detektor detek
tierten Lenkwinkels festgelegt und dem Elektromotor auf der
Basis der Differenz zwischen dem Ziellenkdrehmoment und einem
durch den Lenkdrehmoment-Detektor detektierten Handlenkdrehmo
mentes ein Motortreibersignal zugeführt. Das Ziellenkdrehmoment
und das Handlenkdrehmoment sind daher im wesentlichen ausge
glichen. Da das detektierte Handlenkdrehmoment eine der Motor
trägheit entsprechende Drehmomentkomponente und eine der Rei
bung des Servolenksystems entsprechende Drehmomentkomponente
enthält, kann das Servolenksystem dem Fahrer des Fahrzeugs ein
natürliches Lenkgefühl vermitteln, ohne daß ein komplexer
Steuerprozeß erforderlich ist.
Erhöht sich beispielsweise die Reibung aufgrund einer Zunahme
der Viskosität des Schmiermittels bei tiefer Temperatur, so ist
der Wert einer derartigen Reibungszunahme bereits im detektier
ten Handlenkdrehmoment enthalten, und das Motortreibersignal
wird zur Reduzierung der zur Lenkung des Automobils erforderli
chen Lenkkraft erhöht.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprü
chen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aus
führungsbeispiels gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläu
tert. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
elektrisch betätigten Servolenksystems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer elektrischen Steueranord
nung des elektrisch betätigten Servolenksystems;
Fig. 3 ein Diagramm des von einem Elektromotor des elek
trisch betätigten Servolenksystems erzeugten Hilfs
drehmomentes; und
Fig. 4 ein Diagramm der Steuercharakteristik eines bekannten
Servolenksystems.
Gemäß Fig. 1 enthält ein generell mit 1 bezeichnetes und bei
spielsweise für ein Automobil verwendetes elektrisch betätigba
res Servolenksystem gemäß der Erfindung eine Lenkwelle 3, die
mit einem Ende mit einem Lenkrad 2 und mit dem anderen Ende mit
einem Kreuzgelenk 4a auf einem Ende einer Kupplung 4 verbunden
ist. Die Kupplung 4 ist über ein weiteres Kreuzgelenk 4b an
ihrem anderen Ende mit einem Zahnstangenmechanismus 6 in einem
Lenkgetriebe 5 verbunden. Der Zahnstangengetriebemechanismus 6
besitzt ein mit dem Kreuzgelenk 4b gekoppeltes Ritzel 6a und
eine horizontale Zahnstange 8, deren Zähne mit einem Ritzel 6a
kämmen. Das Lenkrad 2, die Lenkwelle 3, die Kupplung 4 sowie
der Zahnstangengetriebe
mechanismus 6 dienen zusammen als Handlenkkraft-Generator
einrichtung 7.
Die Zahnstange 8, welche mit dem Ritzel 6a kämmend in Hori
zontalrichtung hin- und herbewegbar ist, ist mit ihren sich
gegenüberliegenden Enden über Spurstangen 9 mit lenkbaren
Vorderrädern 10 verbunden. Die Vorderräder 10 können daher
über den Zahnstangengetriebemechanismus 6 in üblicher Weise
durch das Lenkrad 2 manuell gelenkt werden.
Das elektrisch betätigte Servolenksystem 1 enthält einen
Elektromotor 11 zur Erzeugung eines Hilfsdrehmomentes für
eine Unterstützung der durch die Handlenkkraft-Generator
einrichtung 7 erzeugten Handlenkkraft. Dieser Elektromotor
11 ist koaxial auf der Zahnstange 8 montiert, um dieser über
einen Kugelumlaufspindelmechanismus 12 mit umlaufenden Ku
geln das Hilfsdrehmoment aufzuprägen.
Der Rotor des Elektromotors 11 ist mit einem spiralverzahn
ten Antriebszahnrad 11a gekoppelt, das mit einem spiralver
zahnten angetriebenen Zahnrad 12b auf einem Ende einer Wel
le 12a des Kugelumlaufgetriebemechanismus 12 kämmend gehal
ten wird, wobei die Welle 12a parallel zur Zahnstange 8 ver
läuft. Der Kugelumlaufspindelmechanismus 12 besitzt eine auf
die Welle 12a aufgeschraubte und an der Zahnstange 8 befe
stigte Mutter 12c.
Das Lenkgetriebe 5 enthält einen Lenkdrehmomentdetektor 13
zur Detektierung eines dem Ritzel 6a durch das Lenkrad 2
aufgeprägten Handlenkdrehmomentes T. Der Lenkdrehmomentde
tektor 13 liefert ein Handlenkdrehmoment-Detektorsignal 13a
für einen Regler 15.
Auf der Lenkwelle 3 ist ein Lenkwinkeldetektor 14 zur
Detektierung eines Lenkwinkels q montiert, der durch das
Lenkrad 2 gedreht wird. Dieser Lenkwinkeldetektor 14 liefert
ein Lenkwinkel-Detektorsignal 14a für den Regler 15.
In Abhängigkeit von den Signalen 13a, 14a erzeugt der Regler
15 ein Motortreibersignal 16 zur Steuerung der Rotation des
Elektromotors 11.
Gemäß Fig. 2 umfaßt der Regler 15 einen Ziellenkdrehmoment-Signalgenerator
17 und einen Motortreibersignalgenerator 19.
Der Ziellenkdrehmoment-Signalgenerator 17 erzeugt ein ein
Maß für ein Ziellenkdrehmoment Tθ darstellendes Signal auf
der Basis des Lenkwinkel-Detektorsignals 14a vom Lenkwin
keldetektor 14. Der Ziellenkdrehmoment-Signalgenerator 17
umfaßt eine beispielsweise in einem ROM (Festwertspeicher)
gespeicherte Umsetzungstabelle, welche unterschiedliche in
Bezug auf verschiedenen Lenkwinkel θ gespeicherte Ziellenk
drehmomente enthält. Andererseits kann der Ziellenkdrehmo
ment-Signalgenerator 17 auch eine Rechnereinheit zur Be
rechnung eines Ziellenkdrehmomentes aus dem Lenkwinkel-Detektorsignal
14a gemäß einer vorgegebenen Gleichung um
fassen.
Gemäß dem Block des Ziellenkdrehmoment-Signalgenerators 17
nach Fig. 2 erzeugt dieser bei detektiertem Lenkwinkel θ des
Lenkwinkels 2 in einem relativ kleinen Bereich um die
neutrale Stellung ein Ziellenkdrehmoment durch Multiplika
tion des Lenkwinkels θ mit einem relativ großen Koeffizien
ten. Ist der detektierte Lenkwinkel θ des Lenkrades 2 größer
als ein bestimmter Schwellwert, so erzeugt der Ziellenkdreh
moment-Signalgenerator 17 ein Ziellenkdrehmoment durch
Multiplikation des Lenkwinkels θ mit einem relativ kleinen
Koeffizienten.
Der Lenkwinkel θ des Lenkrades 2 ist proportional zum
Winkel, unter dem die Räder 10 gelenkt werden. Wird das
Automobil in eine Garage gefahren, so wird das Lenkrad 2
gewöhnlich um einen großen Winkel, möglicherweise von
Anschlag zu Anschlag in drei oder vier Umdrehungen unter
einem Winkel im Bereich von 1080 bis 1440° gedreht. Fährt
das Automobil beispielsweise mit 80 km/h, so wird das Lenk
rad 2 um bis zu 60° gedreht. Die Daten in der Umsetzungs
tabelle des Ziellenkdrehmoment-Signalgenerators 17 werden so
gewählt, daß ein um einen höheren Betrag zum Lenkwinkel q
proportionales Ziellenkdrehmoment erzeugt wird, wenn der
Lenkwinkel q relativ klein ist, was beispielsweise der Fall
ist, wenn das Automobil schnell fährt, während ein um einen
kleineren Betrag zum Lenkwinkel q proportionales Ziellenk
drehmoment erzeugt wird, wenn der Lenkwinkel q relativ groß
ist, was beispielsweise der Fall ist, wenn das Automobil in
eine Garage gesteuert wird.
Der Differenzrechner 18 berechnet eine Differenz bzw. einen
Fehler DT (ΔT = T - T) zwischen dem ein Maß für das Ziel
lenkdrehmoment T vom Ziellenkdrehmoment-Signalgenerator 17
darstellenden Signal und dem ein Maß für das Handlenkdrehmo
ment T vom Lenkdrehmomentdetektor 13 darstellenden Lenkdreh
moment-Detektorsignal 13a und liefert ein ein Maß für die
Differenz bzw. den Fehler ΔT darstellendes Fehlersignal 18a.
Der Motortreibersignalgenerator 19 umfaßt eine Motorstrom-Einstelleinheit
20, einen Subtrahierer 21, eine Motorstrom
speiseschaltung 22, die durch eine Brücke mit vier Lei
stungshalbleitern 22a, 22b, 22c, 22d gebildet wird, sowie
einen Motorstromdetektor 23 zur Detektierung der Größe und
der Polarität eines dem Motor 11 tatsächlich zugeführten
Stroms.
Die Motorstrom-Einstelleinheit 20 erzeugt ein Zielmotor
stromsignal 20a, das ein Maß für die Polarität und den Ziel
wert eines dem Motor 11 auf der Basis des Fehlersignals 18a
vom Differenzrechner 18 zugeführten Stromes ist. Die Motor
strom-Einstelleinheit 20 umfaßt eine beispielsweise in einem
ROM gespeicherte Umsetzertabelle und enthält unterschied
liche in Bezug auf verschiedene Differenzen bzw. Fehler ΔT
gespeicherte Zielmotorströme IT. Besitzt der Fehler AT einen
positiven Wert, so liefert die Motorstrom-Einstelleinheit 20
ein Ziel-Motorstromsignal 20a zur Einspeisung eines Stroms
mit negativer Polarität in den Motor 11. Besitzt der Fehler
ΔT einen negativen Wert, so liefert die Motorstrom-Einstell
einheit 20 ein Ziel-Motorstromsignal 20a zur Einspeisung
eines Stroms mit positiver Polarität in den Motor 11. Der
Zielmotorstrom IT ist insofern proportional zum Fehler ΔT,
als dieser Fehler ΔT kleiner als ein voreingestellter
Schwellwert ist. Jenseits dieses voreingestellten Schwell
wertes bleibt der Zielmotorstrom IT jedoch kleiner als ein
vorgegebener Wert.
Die Motorstrom-Einstelleinheit 20 kann eine Rechnereinheit
zur Berechnung eines Zielmotorstroms IT aus dem Fehler ΔT
gemäß einer vorgegebenen Gleichung umfassen.
Der Subtrahierer 21 erzeugt eine Differenz bzw. einen Fehler
ΔI zwischen dem Ziel-Motorstromsignal 20a von der Motor-
Strom-Einstelleinheit 20 und einem Motorstrom-Detektorsignal
23a vom Motorstromdetektor 23 und liefert ein ein Maß für
den erzeugten Fehler ΔI darstellendes Fehlersignal 21a.
Auf der Basis des Fehlersignals 21a vom Subtrahierer 21
steuert die Motorstromspeiseschaltung 22 die Ansteuerung der
Leistungshalbleiter 22a bis 22d gemäß einem vorgegebenen
Prozeß zwecks Steuerung der Polarität und der Größe des in
den Motor 11 eingespeisten Stroms.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des elektrisch betätigten
Servolenksystems beschrieben.
Dreht der Fahrer des Automobils das Lenkrad 2, so detektiert
der Lenkwinkeldetektor 14 einen Lenkwinkel θ, um den das
Lenkrad 2 gedreht wird und liefert ein Lenkwinkel-Detektor
signal 14a für den Ziellenkdrehmoment-Signalgenerator 17.
Dieser erzeugt ein Ziellenkdrehmoment Tθ entsprechend dem
Lenkwinkel θ.
Der Differenzrechner 18 berechnet dann eine Differenz bzw.
einen Fehler ΔT zwischen dem Ziellenkdrehmoment Tθ und einem
durch den Handlenkdrehmomentdetektor 13 detektierten und
durch ein Handlenkdrehmomentsignal 13a repräsentierten
Handlenkdrehmoment T. Der Differenzrechner 18 speist ein ein
Maß für die berechnete Differenz bzw. den Fehler ΔT reprä
sentierendes Fehlersignal 18a in die Motorstrom-Einstell
einheit 20 ein. Diese Motorstrom-Einstelleinheit 20 liefert
ein Zielmotorstromsignal 20a entsprechend dem Fehlersignal
18a für den Subtrahierer 21, welche eine Differenz bzw.
einen Fehler ΔI zwischen dem Zielmotorstromsignal 20a und
dem Motorstrom-Detektorsignal 23a vom Motorstromdetektor 23
festlegt. Der Subtrahierer 21 speist ein ein Maß für den
erzeugten Fehler ΔI darstellendes Fehlersignal 21a in die
Motorstromspeiseschaltung 22 ein, welche sodann die Lei
stungshalbleiter 22a bis 22d zur Steuerung der Polarität und
der Größe eines in den Motor 11 einzuspeisenden Stromes an
steuert.
Da das Ziellenkdrehmoment Tθ auf der Basis des detektierten
Lenkwinkels θ festgelegt wird, wenn das Lenkrad 2 aufgrund
von Straßendeckenungenauigkeiten oder -welligkeiten durch
die Vorderräder 10 zwangsweise gedreht wird, wird der durch
den Lenkwinkeldetektor 14 detektierte Lenkwinkel θ verrin
gert, was zu einer Verringerung des Ziellenkdrehmomentes
führt. Das elektrisch betätigte Servolenksystem kann daher
den servounterstützten Lenkvorgang des Automobils mit
größerer Festigkeit bzw. größerem Widerstand gegen Stö
rungen steuern, welche beispielsweise durch Straßendecken
ungenauigkeiten bzw. Welligkeiten hervorgerufen werden.
Der vorstehend erläuterte Steuerprozeß wird anhand der
folgenden Gleichungen genauer beschrieben.
Zunächst wird sichergestellt, daß das Ziellenkdrehmoment Tθ
und das Handlenkdrehmoment T durch das System nach Fig. 2 im
Wesentlichen in Übereinstimmung miteinander gebracht sind.
Gemäß Fig. 2 arbeitet der Regler 12 im Sinne der Erfüllung
der folgenden Gleichungen (1) und (2):
ΔT = Tθ - T (1)
IT = f(θT) (2)
Ist f(ΔT) = k × ΔT, so wird Gleichung (2) in die folgende
Gleichung (3) umformuliert:
IT = k · ΔT (3)
Aus den Gleichungen (1) und (3) ergibt sich die folgende
Gleichung (4):
IT/k = Tθ - T (4)
Besitzt k einen ausreichend großen Wert, so geht IT/k → 0,
so daß damit Tθ und T gemäß Gleichung (5) im wesentlichen
gleich sind:
Tθ = T (5)
Befindet sich das Automobil beispielsweise in einem ausge
glichenen Lenkzustand mit Tθ = 30 kg · cm, k = 100,
IT = 20 A, so beträgt das Handlenkdrehmoment T gemäß
Gleichung (4) etwa 29,8 kg · cm. Ist k = 1000, so beträgt das
Handlenkdrehmoment T etwa 30 kg · cm.
Je größer der Gradient der Umsetzungskurve in der Umsetzer
tabelle der Motorstrom-Einstelleinheit 20 ist, d. h. je
größer der Verstärkungsfaktor ist, umso mehr werden das
Ziellenkdrehmoment Tθ und das Handlenkdrehmoment T mit
einander in Übereinstimmung gebracht.
Generell wird das System unstabil, wenn die Verstärkung
erhöht wird. Um eine derartige Instabilität des Systems zu
vermeiden, liegt die Motorstrom-Einstelleinheit 20 in Form
einer gespeicherten Umsetzertabelle vor, wobei die Umset
zungskurve für einen erhöhten Gestaltungsspielraum bzw. eine
erhöhte Flexibilität nichtlinear ist bzw. einen Unempfind
lichkeitsbereich enthält.
Das mit TS bezeichnete und durch das Lenkrad 2 ausgeübte
Lenkdrehmoment ist im wesentlichen gleich dem durch den
Lenkdrehmomentdetektor 13 detektierten Lenkdrehmoment T.
Daher ist die folgende Gleichung (6) erfüllt:
TS = T = TL ± Tf + TI - TM (6)
worin
TS = T: das Lenkdrehmoment,
TL: das durch eine Last erzeugte Drehmoment, welche von der Straße auf die Räder ausgeübt wird,
Tf: das durch die Reibung des Motors, der Getriebe und anderer den Rädern zugeordneten Komponenten er zeugte Drehmoment,
TI: das durch die Trägheit des Motors und die Trägheit der Räder erzeugte Drehmoment, beispielsweise
TS = T: das Lenkdrehmoment,
TL: das durch eine Last erzeugte Drehmoment, welche von der Straße auf die Räder ausgeübt wird,
Tf: das durch die Reibung des Motors, der Getriebe und anderer den Rädern zugeordneten Komponenten er zeugte Drehmoment,
TI: das durch die Trägheit des Motors und die Trägheit der Räder erzeugte Drehmoment, beispielsweise
mit Iµ: gleich der Motorträgheit
θµ: gleich der Winkelverschiebung des Motors
t: gleich der Zeit und
η: gleich dem Umsetzungskoeffizienten, und
TM: das durch das Motordrehmoment erzeugte Drehmoment
bedeuten.
θµ: gleich der Winkelverschiebung des Motors
t: gleich der Zeit und
η: gleich dem Umsetzungskoeffizienten, und
TM: das durch das Motordrehmoment erzeugte Drehmoment
bedeuten.
Ein bekanntes Servolenksystem steuert die Lenkwirkung eines
Automobils gemäß der folgenden Gleichung (7) und der Kenn
linie gemäß Fig. 4:
TM = f(TS) (7)
Die Steuercharakteristik eines bekannten Servolenksystems
wird nachfolgend anhand von Fig. 4 beschrieben. Fig. 4 zeigt
eine Steuerkennlinie des bekannten Servolenksystems, welche
durch ein Polygon mit einem Gradienten k1 und einem Gradien
ten k2 angenähert ist. Der Gradient k1 ist relativ klein, um
das Lenkdrehmoment proportional zu der von der Straßendecke
ausgeübten Last zu machen. Der Gradient k2 ist relativ groß
um das Lenkdrehmoment frei von der durch die Straßendecke
ausgeübten Last zu machen. Normalerweise ist lediglich der
Kurventeil mit dem Gradienten k2 wirksam, wenn das Automobil
gelenkt wird, während sonst der Kurventeil mit dem Gradien
ten k1 bei nicht gelenktem Automobil wirksam ist.
Wird Gleichung (7) durch die folgende Gleichung (8) modifi
ziert:
TM = k1 · TS (8)
womit sich aus Gleichung (6) die folgende Gleichung (9) er
gibt:
Die Gleichung (9) hat die folgende Bedeutung:
Die Last TL von der Straßendecke mit einer der daraus abge leiteten Verstärkung k1 entsprechenden Komponente wird auf das Lenkrad übertragen. Dabei werden auch das durch Reibung hervorgerufene Drehmoment tf und das durch Trägheit hervor gerufene Drehmoment TI auf das Lenkrad übertragen. Um das Lenkdrehmoment TS zu vergrößern, damit der Fahrer ein di rektes Lenkgefühl erhält, wird die Verstärkung k1 beispiels weise auf 1,0 verringert. Dabei wird ein den halben Drehmo menten ± Tf + TI gleiches Drehmoment auf das Lenkrad über tragen. Werden der viskose Widerstand des Motors und des Kugelumlaufspindelmechanismus aufgrund einer Erhöhung der Viskosität des Schmiermittels bei geringer Temperatur er höht, so wird das Reibungsdrehmoment Tf vergrößert, wobei das Lenkdrehmoment Ts gemäß Gleichung (9) vergrößert wird. Die Motorträgheit und die Radträgheit werden ebenfalls auf das Lenkrad übertragen. Daher unterscheidet sich die tat sächliche Lenkcharakteristik des Automobils von der beab sichtigten Lenkcharakteristik. Da das Trägheitsdrehmoment TI proportional zur Drehbeschleunigung des Motors und der Räder ist, wird das Trägheitsdrehmoment TI erhöht, wenn das Auto mobil auf rauhen Straßen oder Straßen mit Spurrinnen fährt.
Die Last TL von der Straßendecke mit einer der daraus abge leiteten Verstärkung k1 entsprechenden Komponente wird auf das Lenkrad übertragen. Dabei werden auch das durch Reibung hervorgerufene Drehmoment tf und das durch Trägheit hervor gerufene Drehmoment TI auf das Lenkrad übertragen. Um das Lenkdrehmoment TS zu vergrößern, damit der Fahrer ein di rektes Lenkgefühl erhält, wird die Verstärkung k1 beispiels weise auf 1,0 verringert. Dabei wird ein den halben Drehmo menten ± Tf + TI gleiches Drehmoment auf das Lenkrad über tragen. Werden der viskose Widerstand des Motors und des Kugelumlaufspindelmechanismus aufgrund einer Erhöhung der Viskosität des Schmiermittels bei geringer Temperatur er höht, so wird das Reibungsdrehmoment Tf vergrößert, wobei das Lenkdrehmoment Ts gemäß Gleichung (9) vergrößert wird. Die Motorträgheit und die Radträgheit werden ebenfalls auf das Lenkrad übertragen. Daher unterscheidet sich die tat sächliche Lenkcharakteristik des Automobils von der beab sichtigten Lenkcharakteristik. Da das Trägheitsdrehmoment TI proportional zur Drehbeschleunigung des Motors und der Räder ist, wird das Trägheitsdrehmoment TI erhöht, wenn das Auto mobil auf rauhen Straßen oder Straßen mit Spurrinnen fährt.
Da erfindungsgemäß der Zielmotorstrom IT proportional zum
Motordrehmoment TM ist, ergibt sich folgende Beziehung:
kM · IT = TM (10)
worin kM eine Proportionalitätskonstante bedeutet.
Aus den Gleichungen (4) und (10) folgt
k · KM(Tθ - T) = TM (11)
Gleichung (11) wird wie folgt in Gleichung (6) eingesetzt:
Da die Verstärkung k ausreichend groß gegen 1 ist, kann
Gleichung (12) durch die folgende Gleichung (13) angenähert
werden:
Gemäß Gleichung (13) hat das Lenkdrehmoment T nichts mit den
Drehmomenten TL, Tf, Ti zu tun und ist gleich dem Ziellenk
drehmoment Tθ, das auf der Basis des detektierten Lenkwin
kels festgelegt wird. Das Lenkdrehmoment T wird daher durch
die Drehmomente TL, TF, TI nicht beeinflußt, selbst wenn
diese Drehmomente TL, Tf, TI geändert werden.
Fig. 3 zeigt das vom Elektromotor 11 ausgeübte Hilfsdreh
moment.
Wird angenommen, daß der Motor 11 nicht erregt wird, so
ändert sich das Lenkdrehmoment mit dem Lenkwinkel θ gemäß
einer Kurve T nach Fig. 3. Damit das Lenkdrehmoment längs
einer Kurve Tθ nach Fig. 3 verläuft, welche der Ziellenk
drehmoment-Kurve gemäß dem Block des Ziellenkdrehmoment
generators 17 nach Fig. 2 entspricht, muß das Hilfsdrehmo
ment gemäß dem schraffierten Bereich nach Fig. 3 durch den
Motor 11 erzeugt werden.
Ist T < Tθ, da ΔT = Tθ - T < 0 ist (ΔT ist negativ), liefert
der Motortreibersignalgenerator 19 einen positiven Strom für
den Motor 11 zur Verringerung der erforderlichen Lenkkraft,
bis das Lenkdrehmoment T gleich dem Ziellenkdrehmoment Tθ
wird.
Ist T < Tθ, da ΔT = Tθ - T < 0 ist (ΔT ist positiv), liefert
der Motortreibersignalgenerator 19 einen negativen Strom für
den Motor 11 zur Erhöhung der erforderlichen Lenkkraft, bis
das Lenkdrehmoment T gleich dem Ziellenkdrehmoment Tθ wird.
Erfindungsgemäß wird im oben beschriebenen Sinne ein Ziel
lenkdrehmoment auf der Basis eines durch den Lenkdrehmoment
detektor 14 detektierten Lenkwinkels festgelegt und ein Mo
tortreibersignal auf der Basis der Differenz zwischen dem
festgelegten Ziellenkdrehmoment und einem detektierten Hand
lenkdrehmoment in den Motor 11 eingespeist. Das Ziellenk
drehmoment und das Handlenkdrehmoment werden daher im we
sentlichen in Übereinstimmung miteinander gebracht. Da das
detektierte Handlenkdrehmoment eine der Motorträgheit ent
sprechende Drehmomentkomponente und eine der Reibung des
Servolenksystems entsprechende Drehmomentkomponente ent
hält, kann das Servolenksystem dem Fahrer des Automobils ein
natürliches Lenkgefühl ohne Einbeziehung eines komplexen
Steuerprozesses vermitteln.
Wird beispielsweise die Reibung aufgrund einer Zunahme der
Viskosität des Schmiermittels bei kleiner Temperatur erhöht,
so wird der Wert einer derartigen Reibungszunahme als im de
tektierten Handlenkdrehmoment enthalten detektiert und das
Motortreibersignal zur Verringerung der zur Lenkung des Au
tomobils erforderlichen Lenkkraft erhöht.
Claims (5)
1. Elektrisch betätigtes Servolenksystem (1) für ein Motor
fahrzeug mit lenkbaren Rädern (10) mit
einer Handlenkkraft-Übertragungseinrichtung (7) zur Erzeu gung eines Handlenkdrehmomentes,
einem Elektromotor (11) zur Erzeugung eines Hilfsdrehmo mentes für eine Unterstützung des durch die Handlenkkraft-Übertragungseinrichtung (7) erzeugten Handlenkdrehmomen tes,
einem Lenkdrehmomentdetektor (13) zur Detektierung des durch die Handlenkkraft-Übertragungseinrichtung (7) er zeugten Handlenkdrehmomentes und zur Erzeugung eines ein Maß für das detektierte Handlenkdrehmoment darstellenden Handlenkdrehmomentsignals,
einem Lenkwinkeldetektor (14) zur Detektierung eines Lenk winkels des Motorfahrzeuges und Erzeugung eines ein Maß für den detektierten Lenkwinkel darstellenden Lenkwinkel signals,
einem Ziellenkdrehmomentsignalgenerator (17) und
einem Motortreibersignalgenerator (19) zur Erzeugung eines dem Elektromotor (11) zuzuführenden Motortreibersignals,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ziellenkdrehmomentsignalgenerator (17) ein ein Maß für ein Ziellenkdrehmoment darstellendes Ziellenkdrehmo mentsignal auf der Basis des durch den Lenkwinkeldetektor (14) erzeugten Lenkwinkelsignals erzeugt und daß der Mo tortreibersignalgenerator (19) das Motortreibersignal auf der Basis der Differenz zwischen dem Ziellenkdrehmomentsi gnal und dem Handlenkdrehmomentsignal erzeugt.
einer Handlenkkraft-Übertragungseinrichtung (7) zur Erzeu gung eines Handlenkdrehmomentes,
einem Elektromotor (11) zur Erzeugung eines Hilfsdrehmo mentes für eine Unterstützung des durch die Handlenkkraft-Übertragungseinrichtung (7) erzeugten Handlenkdrehmomen tes,
einem Lenkdrehmomentdetektor (13) zur Detektierung des durch die Handlenkkraft-Übertragungseinrichtung (7) er zeugten Handlenkdrehmomentes und zur Erzeugung eines ein Maß für das detektierte Handlenkdrehmoment darstellenden Handlenkdrehmomentsignals,
einem Lenkwinkeldetektor (14) zur Detektierung eines Lenk winkels des Motorfahrzeuges und Erzeugung eines ein Maß für den detektierten Lenkwinkel darstellenden Lenkwinkel signals,
einem Ziellenkdrehmomentsignalgenerator (17) und
einem Motortreibersignalgenerator (19) zur Erzeugung eines dem Elektromotor (11) zuzuführenden Motortreibersignals,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ziellenkdrehmomentsignalgenerator (17) ein ein Maß für ein Ziellenkdrehmoment darstellendes Ziellenkdrehmo mentsignal auf der Basis des durch den Lenkwinkeldetektor (14) erzeugten Lenkwinkelsignals erzeugt und daß der Mo tortreibersignalgenerator (19) das Motortreibersignal auf der Basis der Differenz zwischen dem Ziellenkdrehmomentsi gnal und dem Handlenkdrehmomentsignal erzeugt.
2. Elektrisch betätigtes Servolenksystem (1) nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Handlenkkraft-Übertragungs
einrichtung (7) ein mit den lenkbaren Rädern (10)
in Wirkverbindung stehendes Lenkrad (2) aufweist.
3. Elektrisch betätigtes Servolenksystem (1) nach Anspruch
1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziellenk
drehmomentsignalgenerator (17) Mittel zur Multiplika
tion des Lenkwinkels mit einem relativ großen Koeffi
zienten zur Erzeugung des Ziellenkdrehmomentsignals bei
einem im Vergleich zu einem vorgegebenen Wert kleineren
Lenkwinkel sowie zur Multiplikation des Lenkwinkels mit
einem relativ kleinen Koeffizienten zur Erzeugung des
Ziellenkdrehmomentsignals bei im Vergleich zu einem
vorgegebenen Wert größeren Lenkwinkel umfaßt.
4. Elektrisch betätigtes Servolenksystem nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ziellenkdrehmomentsignalgenerator (17) eine Umsetzer
tabelle, welche eine erste Gruppe von jeweiligen
Lenkwinkeln proportionalen Ziellenkdrehmomenten bei
einem ersten Gradienten sowie eine zweite Gruppe von
jeweiligen Lenkwinkeln bei einem zweiten gegenüber dem
ersten Gradienten kleineren Gradienten proportionalen
Ziellenkwinkeln enthält, sowie Mittel zur Auswahl eines
der Ziellenkdrehmomente aus der ersten Gruppe in Abhän
gigkeit vom Lenkwinkel, wenn dieser kleiner als ein
vorgegebener Wert ist, sowie zur Auswahl eines der
Ziellenkdrehmomente aus der zweiten Gruppe in Abhängig
keit vom Lenkwinkel, wenn dieser größer als ein vorge
gebener Wert ist, umfaßt.
5. Elektrisch betätigtes Servolenksystem (1) nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Motortreibersignalgenerator (19) eine Motorstrom-Ein
stelleinheit (20) zur Einspeisung eines negativen
Stroms als Motortreibersignal in den Elektromotor (11)
bei positivem Differenzwert sowie Einspeisung eines po
sitiven Stroms als Motortreibersignal in den Elektro
motor (11) bei negativem Differenzwert enthält.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |