DE19921307A1

DE19921307A1 - Hilfskraft-Lenksystem

Info

Publication number: DE19921307A1
Application number: DE1999121307
Authority: DE
Inventors: Johannes Fauser
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2000-11-09

Abstract

Hilfskraft-Lenksystem mit mindestens einem Lenkaktuator (4) und mindestens einem Lenkhandradaktuator (9), der eine Regelabweichung (8) zwischen Sollwert (3) und Regelgröße (7) über das Lenkhandrad (2) an den Fahrer (1) weiterleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hilfskraft-Lenksystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Hilfskraft-Lenksysteme werden bisher meist als Systeme definiert, bei denen abhängig vom am Lenkhandrad eingelei teten Drehmoment eine Lenkunterstützung, die meist elek trisch oder hydraulisch ist, aufgebracht wird. Dieser Vor gang wird als Stellen bezeichnet. Die Lenkunterstützung kann dabei von weiteren Größen wie z. B. Fahrzeuggeschwin digkeit, Beladungszustand und Querbeschleunigungen abhängig sein.

Im folgenden sollen Hilfskraft-Lenksysteme als Regelkreise betrachtet werden.

Die Regelgröße ist der Weg am Lenkgetriebeausgang, bzw. die in eine Rotation umgewandelte Bewegung am Lenkgetriebeein gang. Die Führungsgröße ist der Drehwinkel am Lenkgetriebe eingang. Aus der mit einer geeigneten Meßeinrichtung ermit telten Regelabweichung, also der Differenz des Drehwinkels von Lenkgetriebeeingang zu Lenkgetriebeausgang, wird mit Hilfe eines Lenkungsreglers eine Stellgröße bestimmt. Diese Stellgröße bewirkt eine Änderung der Regelgröße. Somit kann jedes Hilfskraft-Lenksystem als ein geschlossener Regel kreis betrachtet werden.

Bei elektrischen Hilfskraft-Lenksystemen bewirkt die Stell größe eine Änderung des vom Elektromotor abgegebenen Mo ments, während bei hydraulischen Hilfskraft-Lenksystemen die Druckkraft am Arbeitskolben verändert wird.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein Hilfs kraft-Lenksystem als ein aufgetrenntes System zu betrach ten. Dabei wird ein Lenkhandradaktuator und ein Lenkaktua tor verwendet.

Der Lenkaktuator, z. B. ein auf die Zahnstange wirken der Elektromotor, wird dabei stellungsabhängig geregelt. Für diese Regelung müssen ein vorgegebener Lenkhandradwin kel und ein sich einstellender Weg einer Zahnstange bzw. ein Winkel eines Antriebsritzels gemessen werden. Der durch einen Lenkwinkelsensor gemessene Winkel am Lenkhandrad wird mit Hilfe fahrdynamischer Größen, wie beispielsweise Fahr geschwindigkeit oder Querbeschleunigung, gezielt verändert, bevor er an einen Lenkungsregler weitergegeben wird. Der Lenkungsregler ist zumeist ein Lageregler, der einen Lenk winkel an den gelenkten Rädern an den von einem Fahrer auf gebrachten Lenkwunsch anpaßt. Für diese Regelung wird vor zugsweise ein P-, PD- oder PDT1-Regler verwendet.

Der Lenkhandradaktuator kann beispielsweise ein Elek tromotor am Lenkhandrad sein. Dieser Lenkhandradaktuator bringt am Lenkhandrad ein Drehmoment auf, das durch Berech nungen aus einer Spurstangenkraft oder aus einer Lenkstock hebelkraft bestimmt wird. Die Spurstangenkraft muß dabei entweder direkt gemessen oder indirekt über die Messung des Stromes im Elektromotor des Lenkaktuators abgeleitet wer den. Die Spurstangenkraft kann auch in einem Echtzeitmodell berechnet werden.

Nachteilig wirkt sich bei diesem Stand der Technik die Tatsache aus, daß zur Bestimmung eines Drehmoments, das der Lenkhandradaktuator aufbringen soll, Sensoren verwendet werden müssen, deren gemessene Werte durch aufwendige Be rechnungen in die für die Erzeugung des Drehmoments notwen digen Größen umgewandelt werden. Außerdem kann die Berech nung des Drehmomentes nicht für solche Fälle erfolgen, wenn Stöße von der Fahrbahn auf das Lenksystem einwirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Hilfskraft-Lenksystem darzustellen, welches ein ver gleichbares Lenkverhalten wie herkömmliche Systeme darstel len kann, ohne daß dabei Sensoren zur Ermittlung von Kräf ten und Momenten verwendet werden müssen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Lenksystem gelöst.

Die Abweichung zwischen einem Soll-Wert, der vom Fah rer am Lenkhandrad aufgebracht wird, und einem Ist-Wert, der sich am Fahrzeugrad einstellen soll, wird zur Rückmel dung an den Fahrer in Form eines an ihn zurückgeleiteten Moments verwendet. Dabei kann der sich einstellende Ist- Wert als Weg einer Spurstange, Winkel eines Antriebsritzels oder als Weg einer Zahnstange gemessen und damit zur Be stimmung des aufgebrachten Lenkmoments verwendet werden. Dieser Ist-Wert wird durch einen P-, PD- oder PDT1-Regel kreis geregelt, wodurch sich eine bleibende Regelabweichung einstellt, die vom Arbeitspunkt eines nichtlinearen Reglers abhängt.

Wird diese Regelabweichung mit einer Konstanten multipli ziert, können lineare Zusammenhänge zwischen der Regelab weichung und dem Lenkmoment dargestellt werden, wie sie bei einer Drehstabfeder in konventionellen Lenksystemen auftre ten.

Es können aber auch nichtlineare Zusammenhänge zwischen der Regelabweichung und dem aufgebrachten Lenkmoment darge stellt werden, mit denen die Auswirkungen auf den Fahrer verändert werden können. Dabei können unterschiedliche Pa rameter als beeinflussende Kenngrößen hinzugezogen werden. So ist es denkbar z. B. Lenkgeschwindigkeiten, Fahrge schwindigkeiten, Querbeschleunigungen, Kurvengeschwindig keiten, Temperatureinflüsse, Beladungszustand bzw. Achslast des Kraftfahrzeuges, Beschleunigungs- und Bremsvorgänge, fahrerabhängige Eigenschaften sowie Sicherheitsaspekte wie z. B. Sicherheitsabstand, Fahrbahnzustände und Fahrbahnqua lität mit in die Berechnung des Lenkmoments aus der Rege labweichung einfließen zu lassen.

Durch die Verwendung der bleibenden Regelabweichung als Kenngröße können alle Eigenschaften herkömmlicher Lenksy steme sehr einfach nachgebildet werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in dem Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispieles eines Lenksystems prinzipgemäß beschrieben.

Ein von einem Fahrer 1 über ein Lenkhandrad 2 vorgege bener Sollwert 3 wird durch einen Lenkaktuator 4 in Form einer Stellgröße 5 auf eine als Zahnstange oder Antriebs ritzel ausgebildete Übertragungseinheit 6 weitergeleitet.

Abhängig von der Art der Übertragungseinheit 6 wird eine Regelgröße 7 in Form eines Weges oder eines Winkels er zeugt.

Diese Regelgröße 7 wird mit dem Sollwert 3 verglichen. Eine zwischen Regelgröße 7 und Sollwert 3 auftretende Regelab weichung 8 wird durch einen Lenkhandradaktuator 9 in eine Stellgröße 10 umgewandelt und über das Lenkhandrad 2 an den Fahrer 1 zurückgeführt.

Bezugszeichen

1

Fahrer

2

Lenkhandrad

3

Sollwert

4

Lenkaktuator

5

Stellgröße

6

Übertragungseinheit

7

Regelgröße

8

Regelabweichung

9

Lenkhandradaktuator

10

Stellgröße

Claims

1. Hilfskraft-Lenksystem, das mit Hilfe eines von ei nem Fahrer (1) über ein Lenkhandrad (2) vorgegebenen Soll wertes (3) durch mindestens einen Lenkaktuator (4) eine Regelgröße (7) erzeugt, dadurch gekennzeich net, daß eine Regelabweichung (8) von Sollwert (3) und Regelgröße (7) zur Bestimmung des am Lenkhandrad (2) anlie genden Lenkmoments verwendet wird.

2. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung (8) über einen Lenkhandradaktuator (9) auf das Lenkhandrad (2) und somit an den Fahrer (1) in Form eines Drehmomentes wei tergegeben wird.

3. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkaktuator (4) mindestens einen P-, PD- oder PDT1-Regler enthält.

4. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkaktuator (4) den Sollwert (3) in eine Stellgröße (5) umwandelt, die über eine Übertragungseinheit (6) als Regelgröße (7) ausgegeben wird.

5. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkhandradaktua tor (9) einen Elektromotor enthält, der auf einen Lenkme chanismus eine Lenkhilfskraft ausüben kann.

6. Hilfskraft-Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfskraft-Lenksystem eine Eingangswelle, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht, aufweist, die zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient und ein Ausgangsglied aufweist, das mit den zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung steht, und daß die Eingangswelle und das Ausgangsglied über ein drehelastisches Glied derart miteinander verbunden sind, daß zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung möglich ist.

7. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfskraft- Lenksystem ein Lenksystem ist, das einen hydraulischen Ser vomotor für die Unterstützung eines in das Lenksystem ein geleiteten Lenkmoments, zwei durch einen Kolben getrennte Arbeitsräume, ein Steuerventil für die Steuerung eines von einer Druckquelle geförderten Druckmittels zu und von den beiden Arbeitsräumen des Servomotors, welches über Arbeits leitungen mit den Arbeitsräumen verbunden ist, aufweist.