-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem mit einer Lenkspindel verbindbaren oder verbundenen Drehstrommotor, einem Resolver zum Erfassen einer Winkellage des Drehstrommotors, einem Drehmomentsensor zum Erfassen eines am Lenkrad anliegenden Drehmoments und einer Steuerungseinrichtung, um den Phasen des Drehstrommotors einen Strom zuzuordnen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Servolenkung sowie ein Verfahren zur Regelung einer Servolenkung.
-
Servolenkungen dienen zur Reduzierung der vom Fahrer aufzuwendenden Lenkkräfte. Bei einer elektrischen oder elektromechanischen Servolenkung ist ein Drehstrommotor vorgesehen, der einen Bestandteil des Lenkgetriebes, insbesondere eine mit dem Lenkrad verbundene Lenkspindel, in Drehung versetzen kann. Der Drehstrommotor weist einen Resolver zum Erfassen einer Winkellage des Drehstrommotors auf. Zusätzlich ist an der Lenkspindel ein Drehmomentsensor angeordnet, der ein am Lenkrad anliegendes, vom Fahrer aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Eine Steuerungseinrichtung (Controller) dient zur Ansteuerung des Drehstrommotors, indem den einzelnen Phasen des Drehstrommotors ein Strom zugeordnet wird.
-
Aus der
DE 602 08 958 T2 ist eine gattungsgemäße elektrische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug offenbart, die in der Lage ist, das Auftreten von Drehmoment-Ripple des Elektromotors zu unterdrücken und dadurch das Lenkgefühl zu verbessern. Die Drehmoment-Ripple des Elektromotors werden durch die Deformation der Wellenform der induzierten Spannung verursacht und verursachen ihrerseits Schwingungen des Lenkrads, was das Lenkgefühl beeinträchtigt.
-
In einzelnen Fällen kann bei elektrischen Servolenkungen ein unstetiger Momentenverlauf beobachtet werden. Dadurch entsteht ein als Lenkungsrasten bezeichneter Effekt, der vom Fahrer als unangenehm empfunden wird, da das von dem Drehstrommotor erzeugte Drehmoment ungleichmäßig ist. Das Lenkungsrasten kann auf unterschiedlichen Ursachen beruhen. Hauptsächlich, ist die Drehstrommaschine Verursacher des Lenkungsrastens. Dieses kann durch asymmetrische Phasenwiderstände der Drehstrommaschine verursacht werden. Ebenso führt ein ungleichmäßiger Luftspalt dazu, dass Lenkungsrasten auftritt. Dasselbe gilt für ein asymmetrisches Verhalten der in der Drehstrommaschine auftretenden magnetischen Flüsse. Dementsprechend existieren elektrische und mechanische Ursachen, die einen unstetigen Momentenverlauf bewirken können.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei der ein unstetiger Momentenverlauf kompensiert ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektrischen Servolenkung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, durch einen Vergleich der Sensorsignale des Drehmomentsensors und des Resolvers einen unstetigen Momentenverlauf am Lenkrad zu erkennen und durch Beeinflussen des Stroms wenigstens einer Phase des Drehstrommotors auszuregeln.
-
Die Erfindung beruht auf der Idee, dass eine vorhandene Unstetigkeit des Momentenverlaufs zunächst erkennt werden muss, damit diese Unstetigkeit anschließend durch eine Regelung kompensiert werden kann. Dabei wurde erkannt, dass die beiden Sensorsignale des Drehmomentsensors und des Resolvers herangezogen werden können, um einen unstetigen Momentenverlauf zu erkennen. Ein durch den Drehstrommotor verursachter unstetiger Momentenverlauf kann sich in einem unerwünschten Moment äußern. Dieses bewirkt eine Rückwirkung auf das Lenkrad und damit auch auf den Drehmomentsensor, wodurch dann wieder eine Momentenanforderung an den Drehstrommotor ausgelöst wird. Dadurch ergibt sich eine unerwünschte Pendelbewegung des Lenkrads, die einen Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs erschwert. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem unstetigen Momentenverlauf ein Phasenversatz (Phasenverschiebung) zwischen dem Signal des Resolvers und dem Signal des Drehmomentsensors vorhanden ist. Normalerweise folgt das Signal des Resolvers dem Signal des Drehmomentsensors nach. Beim Vorhandensein eines unstetigen Momeritenverläufs ist dieser Zusammenhang jedoch gestört. In diesem unausgeglichenen Zustand ist eine Schwingung zwischen den Signalen des Drehmomentsensors und des Resolvers vorhanden, die für das normale Lenkverhalten nicht plausibel ist.
-
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkung ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, durch eine Auswertung der beiden Sensorsignale eine Störung des Signalverlaufs zu erkennen, so dass anschließend eine Regelung des Drehstrommotors erfolgen kann, um den unstetigen Verlauf zu beseitigen.
-
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkung kann es vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine oder mehrere Phasen des Drehstrommotors zu identifizieren, die einen zu geringen Beitrag zu dem von dem Drehstrommotor erzeugten Drehmoment liefern. Erfindungsgemäß wird somit festgestellt, ob eine öder mehrere Phasen des Drehstrommotors vorhanden sind, die ein zu geringes Drehmoment bzw. einen Beitrag zu dem Drehmoment liefern. Anschließend wird der wenigstens einen identifizierten Phase ein erhöhter Strom zugeordnet, wodurch sich das Drehmoment des Drehstrommotors bzw. der Beitrag dieser Phase zu dem Drehmoment erhöht. Auf diese Weise kann das von dem Drehstrommotor erzeugte Drehmoment so geregelt werden, dass es einen gleichmäßigen Verlauf aufweist, das heißt, die Abweichungen zwischen hohen und niedrigen Werten liegen innerhalb eines schmalen Wertebereichs.
-
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Steuerungseinrichtung der elektrischen Servolenkung dazu ausgebildet ist, den erhöhten Strom in Abhängigkeit der Amplitude des Signals des Drehmomentsensors festzulegen. Einer identifizierten Phase des Drehstrommotors wird erfindungsgemäß ein höherer Strom zugeordnet, wobei das Maß der Erhöhung in Abhängigkeit von der Amplitude des Signals des Drehmomentsensors festgelegt wird. Auf diese Weise wird der Momentenverlauf, der auch vom Fahrer beim Festhalten des Lenkrads spürbar ist, stetig gestaltet, so dass kein Lenkungsrasten auftritt. In diesem Zustand ist die Schwingung der Signale des Drehmomentsensors und des Resolvers verschwunden, ebenso ist der Phasenversatz zwischen den Signalen der beiden Sensoren eliminiert. Die Steuerungseinrichtung überprüft permanent oder in festgelegten Abständen, ob Lenkungsrasten vorhanden ist oder nicht. Sofern Lenkungsrasten bzw. ein unstetiger Momentenverlauf vorhanden ist, der anhand der Signale des Drehmomentsensors und des Resolvers und einer gegebenenfalls detektierten Phasenverschiebung erkannt wird, greift die Steuerungseinrichtung regelnd ein und beeinflusst wenigstens eine Phase des Drehstrommotors so, dass Lenkungsrasten eliminiert wird.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Steuerungseinrichtung der elektrischen Servolenkung dazu ausgebildet ist, einzelne Phasen des Drehstrommotors nacheinander mit einem geringeren oder stärkeren Strom zu versorgen, wobei die Auswirkung auf den Momentenverlauf erfasst und eine optimale Regelung ausgewählt wird. Als optimale Regelung wird dabei diejenige angesehen, bei der der Momentenverlauf möglichst stetig ist. Bei dieser Variante wird somit durch „Versuch und Irrtum“ die Auswirkung von Stromänderungen einzelner Phasen erfasst und anschließend diejenige Stromänderung durchgeführt, die einen möglichst stetigen Momentenverlauf bewirkt.
-
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine elektrische Servolenkung der beschriebenen Art aufweist.
-
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, die einen mit einer Längsspindel verbindbaren oder verbundenen Drehstrommotor aufweist, einen Resolver zum Erfassen einer Winkellage des Drehstrommotors, einen Drehmomentsensor zum Erfassen eines am Lenkrad anliegenden Drehmoments und eine Steuerungseinrichtung, um den Phasen des Drehstrommotors einen Strom zuzuordnen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungseinrichtung durch einen Vergleich der Sensorsignale des Drehmomentsensors und des Resolvers einen unstetigen Momentenverlauf am Lenkrad erkennt und durch Beeinflussen des Stroms wenigstens einer Phase des Drehstrommotors ausregelt.
-
Vorzugsweise kann die Steuerungseinrichtung einen unstetigen Momentenverlauf anhand eines Phasenversatzes zwischen den Sensorsignalen des Drehmomentsensors und des Resolvers erkennen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung eine oder mehrere Phasen des Drehstrommotors . identifiziert, die einen geringen Beitrag zu dem von dem Drehstrommotor erzeugten Drehmoment liefern, so dass der wenigstens einen identifizierten Phase ein erhöhter Strom zugeordnet werden kann.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es bevorzugt, dass die Steuerungseinrichtung den erhöhten Strom in Abhängigkeit der Amplitude des Signals des Drehmomentsensors festlegt.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug;
- 2 den Verlauf der Signale des Drehmomentsensors und des Resolvers bei einem unstetigen Momentenverlauf; und
- 3 den Verlauf der Signale des Drehmomentsensors und des Resolvers wenn die elektrische Servolenkung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt wird.
-
Die in 1 gezeigte elektrische Servolenkung 1 für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkspindel 2, an deren einem Ende ein Lenkrad 3 angebracht ist. Ein Drehstrommotor 4 ist mit der Lenkspindel 2 verbunden, so dass in Abhängigkeit der Ansteuerung des Drehmomentmotors 4 der Lenkspindel 2 ein Moment aufgeprägt wird. Dieses durch den Drehstrommotor 4 erzeugte Drehmoment verringert die von einem Fahrer aufzubringenden Handkräfte beim Drehen des Lenkrads 3. Das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment wird mittels eines Drehmomentsensors 5 erfasst, der an der Lenkspindel 2 angebracht ist. Der Drehstrommotor 4 ist mit einem Resolver 6 versehen, der in der Lage ist, eine Winkellage des Drehstrommotors 4 zu erfassen.
-
Die elektrische Servolenkung 1 umfasst darüber hinaus eine Steuerungseinrichtung 7, der die Signale des Drehmomentsensors 5 und des Resolvers 6 zugeführt werden.
-
Der Drehstrommotor 4 weist drei Phasen 8 auf, über die er mit Wechselstrom versorgt wird. Das dem Lenkrad 3 gegenüberliegende Ende der Lenkspindel 2 ist in bekannter Weise mit einem Lenkgetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
-
Die Steuerungseinrichtung 7, der die Sensorsignale des Drehmomentsensors 5 und des Resolvers 6 zugeführt werden, vergleicht diese Sensorsignale und stellt fest, ob zwischen den Sensorsignalen des Drehmomentsensors und des Resolvers ein Phasenversatz existiert oder nicht.
-
In 2 ist beispielhaft der Verlauf der Sensorsignale des Revolvers und des Drehmomentsensors 5 dargestellt. Das Signal des Resolvers ist mit R bezeichnet, das Signal des Drehmomentsensors mit D. In 2 erkennt man, dass zwischen den beiden Sensorsignalen ein Phasenversatz vorhanden ist, wobei das Resolversignal dem Signal des Drehmomentsensors voreilt, anstatt diesen zu folgen, wie es im Normalbetrieb sein sollte. Anhand dieses vorhandenen Phasenversatzes kann ein unstetiger Momentverlauf von der Steuerungseinrichtung 7 erkannt werden. Dieser unstetige Momentenverlauf führt dazu, dass eine Schwingung bzw. eine Pendelbewegung des Lenkrads 3 auftritt, die vom Benutzer als störend empfunden wird. Die Ursache für diese Pendelbewegung ist, dass ein von dem Drehstrommotor 4 verursachtes unerwünschtes Drehmoment eine Rückwirkung auf das Lenkrad 3 bzw. die Lenkspindel 2 bewirkt, wodurch das von dem Drehmomentsensor 5 gelieferte Signal beeinflusst wird. Dieses löst wiederum eine Momentenanforderung an den Drehstrommotor 4 aus.
-
Nachdem durch die Steuerungseinrichtung 7 ein Phasenversatz zwischen den Signalen des Drehstromsensors 5 und des Resolvers 6 erkannt worden ist, identifiziert die Steuerungseinrichtung 7 eine oder mehrere der Phasen 8, die einen zu geringen Beitrag zu dem von dem Drehstrommotor 4 erzeugten Drehmoment liefern. Im einfachsten Fall wird eine der Phasen 8 identifiziert, deren Beitrag bei der Erzeugung des Drehmoments geringer ist als der Beitrag der anderen Phasen. Nach dem Identifizieren einer oder mehrerer Phasen wird diesen Phasen ein erhöhter Strom zugeordnet. Die Steuerungseinrichtung 7 greift somit in die Ansteuerung des Drehstrommotors 4 ein und beeinflusst wenigstens eine Phase so, dass ein vorhandener unstetiger Momentenverlauf ausgeglichen wird. Der erhöhte Strom wird dabei in Abhängigkeit der Amplitude des Signals des Drehmomentsensors 5 festgelegt.
-
In 3 ist der Verlauf der Signale des Drehmomentsensors 5 und des Resolvers 6 nach dem regelnden Eingriff durch die Steuerungseinrichtung 7 gezeigt. In 3 erkennt man, dass das Signal R des Resolvers 6 dem Signal D des Drehmomentsensors 5 nachfolgt, dementsprechend ist der nachteilige Phasenversatz, der in 2 gezeigt ist, kompensiert worden.
-
Wenn wie in 3 gezeigt das Resolversignal R dem Drehmomentsignal D folgt, tritt kein unterschiedlicher Momentenverlauf und damit kein Lenkungsrasten auf.
