DE3343180A1 - Motorbetriebenes servolenksystem - Google Patents
Motorbetriebenes servolenksystemInfo
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
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- B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
- B62D5/046—Controlling the motor
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
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Description
Motorbet.riebenes Servolenksyst.em
Die Erfindung bezieht sich auf ein motorbetriebenes Servolenksystem,
bei dem ein von dem Fahrer eines Fahrzeugs aufgebrachtes Drehmoment verstärkt wird.
Zum Drehen des Lenkrads eines Fahrzeugs ist für das Ändern
der Richtung der Räder eine große Kraft, erforderlich, wenn
das Fahrzeug stillsteht oder sich mit niedriger Geschwindigkeit bewegt.. Insbesondere bei Frontmotor-Frontantrieb-Kraftfahrzeugen,
die in der letzten Zeit zunehmend an Beliebtheit gewonnen haben, ist. zum Drehen des Lenkrads eine
größere Kraft erforderlich, da bei einem Fahrzeug dieser
Art an dem Vorderteil ein großes Gewicht, angreift.
.::;"::■-■ .L .ΙΌ·.".1 33A318ο
- 4 - DE 3481
Bekanntermaßen wird bei einem Servolenksystem das von
dem Fahrer an dem Lenkrad ausgeübte Drehmoment verstärkt. Dieses System erzeugt, eine dem von dem Fahrer ausgeübten
Drehmoment entsprechende Antriebs- bzw. Stellkraft und 5
überträgt diese Kraft zu. dem Lenksystem. Die meisten gegenwärtig
praktisch eingesetzten Servolenksysteme sind hydraulisch aufgebaut. Im einzelnen ist ein derartiges Servolenksystem
mit einem Steuerventil, einem Hydraulikzylinder
usw. ausgestattet und gibt ein HiIfsdrehmoment dadurch
10
ab, daß das Hydrauliköl entsprechend dem von dem Fahrer ausgeübten
Drehmoment bewegt wird.
Das Steuerventil, der Hydraulikzylinder und die anderen
Bauteile nehmen aber leider qroßen Raum ein. Ferner können
Rohre und gleichartige Komponenten für das Verbinden dieser Bauteile nicht mit einem Krümmungsradius unter einem
vorgegebenen Wert gebogen werden, um das Auftreten großer Oruckverluste zu verhindern. Weiterhin muß der Hydraulikaufbau
feste und zuverlässige Dichtungen haben, um das
Austreten des Öls zu verhindern, wobei der Hydraulikaufbau
schwer zu behandeln ist, wenn er in den zugeordneten Mecharismus
eingebaut ist. Es ist daher schwierig, ein solches Servolenksystem in ein Fahrzeug mit kleinem Freiraum wie
in ein Frontmotor-Frontantriebs-Kraft fahrzeug einzubauen.
2b
In der letzten Zeit.nimmt die Anzahl weiblicher Fahrer
zu. Für die weiblichen Fahrer ist es zwar anzustreben, ein Fahrzeug mit einem geringen Drehmoment lenken zu kön-
nn ren, jedoch bietet ein solches Fahrzeug einem Mann mit
großer Körperkraft kein gutes Lenkgefühl. Ferner erhält bei einer höheren Geschwindigkeit des Fahrzeugs der Fahrer
das Empfinden einer zu leichten Lenkung. Falls der Fahrer nicht", an das Fahrzeug gewöhnt ist, kann er das Lenkrad
mehr als erforderlich drehen. Weiterhin ist es auch für
einen starken männlichen Fahrer erwünscht, das Fahrzeug
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mit einem geringen Drehmoment lenken zu können, wenn er
beispielsweise ermüdet, ist.
Bei einigen herkömmlichen Servölenksystemen kann das Hilfskraftverhältnis,
nämlich das Verhältnis des Ausgangsdrehmoments des Servolenksystems zu dem won dem Fahrer aufge*
brachten Eingangsdrehmoment entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verändert werden. Für die qleiche Geschwindigkeit
wird jedoch bei Fahrzeugen dieser Art da?
HiI f skraftverhäl t-nis konstant gehali.en. Falls daher die
Verhältnis-Kennlinie für Frauen eingestellt ist., ist das System unbequem für Männer und umgekehrt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein motorbetriebenes
Servolenksystem zu schaffen, das ein Lenkge^ühl
je nach Wunsch des jeweiligen einzelnen Fahrers ergibt.
Ferner soll mit der Erfindung ein Servolenksystem geschaffen
werden, dessen Eigenschaften bzw. Kennwerte durch einen einfachen Bedienungsvorgang veränderbar sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Servolenksystem
gelöst, das einen Elektromotor wie einen Gleichstrom-Motor,
der als Stellkraftquelle dient, einen Lenkdrehmoment-Fühler,
der bewirkt, daß der Motor entsprechend dem von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoment ein Drehmoment zur
Drehmomentverstärkung abgibt, und eine HiIfskraftverhältnis-/■
Einstellvorrichtung aufweist, die an einer Stelle angeordnet
ist, welche der Fahrer während der Fahrt mit der Hand erreichen kann, und mit der das Verhältnis zwischen
dem Ausgangspegel des Fühlers und dem Ausgangsdrehmoment des Motors einstellbar ist. Dieses System ermöglicht das
Einstellen des entsprechend den Wünschen des jeweiligen einzelnen Fahrers besten HiI f skraftverhäl t.msses , gleich
ob der Fahrer ein Mann oder eine Frau ist. Da ferner die
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y-;::· .:. .ΙΌ-.:- 33Α3180
- 6 - DE 3481
HiI fs kraft verhält. nis-Einstellvorrichtung an der von dem
Fahrer während der Fahrt: von Hand erreirhharen Stelle; nnqeordnet
ist, kann das HiI fskraftverhält.nis während der
fahrt verändert werden. Daher kann der Fahrer ein erwünschtes
Hilfskraftverhältnis während der Fahrt einstellen, ohne
daß eine Steuerung des Hilfskraftverhältnisses entsprechend
der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich ist. Damit ist es für den Fahrer leicht, ein vorgegebenes HiIfsdrehmoment
durch Steigern des HilfskraftVerhältnisses nur dann hervorzurufen,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe "0" ist,
und das HiIfskraftverhältnis zu verringern, wenn die Geschwindigkeit
einen vorbestimmten Wert übersteigt. Dies wird erreicht, ohne daß besonders mühsame Bedienungsvorgänge
erforderlich sind und ohne daß die eigentliche Funktion
des Servolenksystems beeinträchtigt wird. Hydraulisch gesteuerte
Servolenksysteme müssen zu einer Änderung des Hilfs-'<raftverhältnisses
ziemlich kompliziert aufgebaut sein, jedoch kann bei dem elektrisch betriebenen Servolenksystem
das Hilfskraftverhältnis auch mit einfacher Gestaltung
20
verändert werden.
Vorzugsweise wird in dem Servolenksystem ein Regelsystem
gebildet, das zuverlässig arbeitet und ein gutes Ansprechvermögen
hat. Infolgedessen wird bei einer besonderen
Gestaltung des erfindungsgemäßen Servolenksystems ein Ausgangssignal
wie ein Motorspeisestrom zu einer vorhergehenden
Stufe zurückgeführt, um damit eine Regelung in einem
geschlossenen Regelkreis auszuführen. Zwischen einen Ein-
O0 gengsanschluß, an den das Drehmomentsignal angelegt wird,
und einen Lenkdrehmoment-Fühler bei diesem Regelsystem wird eine Verstärker- oder Dämpfungsstufe geschaltet, um
das Verhältnis zwisöhen dem Eingangs-Lenkdrehmoment und
dem Ausgangs-Drehmoment des Motors, nämlich das Hilfs-
Ot- kraftverhältnis durch Verändern des Verstärkungsfaktors
oder des Dämpfungsmaßes djeser Stufe zu ändern.
- 7 - DE 3481
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbe/-spielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die schematisch die Sicht
nach vorne von dem Fahrersitz eines Kraftfahrzeugs zeigt, das mit einem Servol enksystem
gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgestattet
i8t-
Fig. 2 ist eine schematische Blockdarstellung des
erfindungsgemäßen Servolenksystems.
if- Fig. 3a ist eine Seitenansicht eines Lenkmechanismos
des in Figur 2 gezeigten Systems.
Fig. 3b ist eine perspektivische Ansicht des in
Fig. 2 gezeigten Lenkmechanismus.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der elektrischen
Schaltung des in Fig. 2 gezeigten Servolenksystems.
Fig. 5 ist ein ausführliches Blockschaltbild eines
Teils der in Fig. 4. gezeigten elektrischen
Schaltung.
Fig. 6 ist ein ausführliches Blockschaltbild eines
weiteren Teils der in Figur 4 gezeigten
. ' elektrischen Schaltung.
Fig. 7 zeigt Schaltbilder der elektrischen Verbindungen mit einem Elektromotor DM bei verschiedenerlei
Betriebsarten.
BAD ORIGINAL
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Fig. 8 ist", ein Ze i t.diagramm, das em Beispiel für
Bet.riebsze'iten veranschaulicht..
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die Kenn-5
linien des Elektromotors DM zeigt.
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die Zusammenhänge
zwischen einem Eingangs-Drehmoment T und einem Ausqanqs-Drehmament T des in
J °
Fig. 2 gezeigten Servolenksystems zeigt.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild eines Teils der
elektrischen Schaltung des Servolenksystems
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 15
In der Fig. 1 ist die Umgeb-ung des Fahrersitzes eines Fahr-2eugs
gezeigt, das mit. dem motorbetriebenen Servolenksystem
als Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Das Servol enksyst em enthält, einen HiI fskra f tverhäl t.nis-
Einstellknopf 30, der an dem Armaturenbrett nahe dem Lenkrad
angeordnet, ist. Der Knopf 30 ist fest mit der Drehachse
von veränderbaren Widerständen VRl und VR3 verbunden (die im folgenden beschrieben werden).
In der Fig. 2 ist eine allgemeine Aufbau des in dem in
Fig. 1 gezeigten Fahrzeug eingebauten Servolenksystems
gezeigt. An einem Lenkrad 1 ist eine erste Lenkachse 2 anneschlossen, an die über ein erstes Kreuzgelenk 4 eine zwei-
nA te Lenkachse 5 angeschlossen ist. An die zweite Lenkachse
5 ist über ein zweites Kreuzgelenk 6 eine dritte Lenkachse 7 angeschlossen. An dem Kopf der dritten Lenkachse 7 ist
ein in Fig. 3a gezeigtes Ritzel 3a befestigt, mit dem eine
in Fig. 3b gezeigte Radverstellungs-Zahnstange 3b kämmt.
Der Neigungswinkel oi. der zweiten Lenkachse 5 zu der ersten
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Lenkachse 2 ist gleich dem Neigungswinkel c<
der zweiten Lenkachse 5 zu der dritten Lenkachse 7. An der ersten
Lenkachse 2 sind Drehmoment-Meßgeber bzw. Drehmoment -Fü'iler
8 befestigt (von denen nur einer gezeigt ist). An die dritte Lenkachse 7 ist über eine Untersetzung 9 ein
Gleichstrom-Servomotor DM angeschlossen. Der Ausgang
eines jeden Drehmomentfühlers 8 ist mit einer Steuereinheit
40 verbunden, deren Ausgang mit dem Motor DM verbun- IQ den ist. Die vorangehend genannten veränderbaren Widerstände
VRl und VR3, an denen der Knopf 30 befestigt ist 3
sind mit der Steuereinheit 40 verbunden.
Die Fig. 3a und 3b zeigen Einzelheiten des in Fig. 2 ge-.
zeigten Mechanismus. Die Fig. 3a ist eine Querschnittsansicht, die den Teil in der Nähe der Füße des Fahrers
zeigt. Bei dieser Darstellung weist die Untersetzung 9 eine Kombination aus vier Zahnrädern auf und überträgt
die Eingangskraft zu der dritten Lenkachse 7, wobei sie
die Drehzahl des Motors DM um den Faktor "6" herabsetzt. Bei diesem besonderen Beispiel werden als Drehmoment fühler
8 Dehnungsmeßstreifen verwendet, von denen in der Figur
nur einer gezeigt ist. Die anderen Drehmoment fühler sind an der Gegenseite der ersten Lenkachse 2 befestigt. D.h.,
bei diesem Beispiel wird die für das Drehen des Lenkrads
aufgebrachte Kraft in der Form der Torsion der Lenkachse 2 erfaßt. Jeder dieser Drehmoment fühler 8 hat. zwei Fühlerelemente,
die in unterschiedlichen Richtungen ansprechen. Gemäß der nachstehenden Beschreibung sind bei diesem
Beispiel diese vier Fühlerelemente zu einer Brückenschaltung zusammengesetzt, so daß das System von der Temperatur
unabhängig wird.
Der in Fig. 3a gezeigte Lenkmechanismus erstreckt, sich
über zwei Räume, die durch ein Bodenbrett 10 an der Stelle
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des zweiten Kreuzgelenks 6 getrennt, sind. Der gemäß dieser
Figur linke und rechte Raum sind jeweils der Motorraum
und der Insassenraum. Mit 11 ist ein Bremspedal bezeichnet..
Gemäß Fig. 3b werden die Drehachsen von Rädern 12a und
12b im vorderen Teil des Fahrzeugs über Stoßdämpfer 13a
bzw. 13b von oberen Aufhängungsträgern 14a bzw. 14b gehalten. Zwischen dem Stoßdämpfer 13a und dem Träger 14a ist
eine Schraubenfeder 15a angebracht. Gleichermaßen ist
/wischen dem Stoßdämpfer 13b und dem Träger 14b eine Schraubenfeder
15b angebracht. An den Lagern für die Räder 12a und 12b sind Achsschenkelarme 16a bzw. 16b angeschlossen,
die über Spurstangen 17a bzw. 17b mit der Zahnstange 3b verbunden sind. Gemäß der vorangehenden Beschreibung kämmt.
trit der Zahnstange 3b das Ritzel 3a. Weiterhin sind untere
Aufhängungsarme 18a und 18b sowie ein Stabilisator 19 gezeigt.
Anhand der Fiquren 4 bis 6 wird nun die elektrische Schal-20
tung des in Fig. 2 gezeigten motorbetriebenen Servolenk-
systems beschrieben. Es ist anzumerken, daß die in den
Blöcken in Fig. 4 gezeigten graphischen Darstellungen
die elektrischen Eigenschaften der Blöcke schematisch darstellen,
wobei die Abszisse und die Ordinate einer jeder
25
graphischen Darstellung den Eingangspegel bzw. den Ausgangspegel
darstellen. Es ist ferner ersichtlich, daß jeweilige Widerstände in der Fig. 5 in der Form schmaler
Rechtecke dargestellt sind. Die beiden Drehmomentfühler
n 8 bilden eine Widerstandsbrücke, von der ein Ausgang mit
30
einem Block BO, d.h. mit einem gewöhnlichen linearen Verstärker
verbunden ist. Der Ausgang des Blocks BO ist mit zwei Blöcken Bl und B3 verbunden. Der Block Bl ist eine
Absolutwert.schal t ung, die ein Ausgangssignal abgibt, das
linear proportional zu dem Eingangssignal ist und das
ο Ο
unabhängig von der Polarität des Eingangssignals immer
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positive Polarität hat. Ein nachgeschalteter Block B2 ist
ein Verstärker, der ein Ausgangesignal "0" abgibt, wenr.
der Pegel seines Eingangssignals kleiner als Ll ist, und
ein zum Eingangssignal linear proportionales Ausgangssignal
abgibt, wenn der Eingangssignal-Pegel Ll übersteigt. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers B2 ist einstellbar
und wird mittels des veränderbaren Widerstands VRl sowie eines Dämpfungsglieds (bzw. veränderbaren Widerstund»)
VR2 eingestellt, das das Maß der an einem Rechenverst är.<er OPl hervorgerufenen negativen Rückkopplung bzw. Gegenkopplung
bestimmt. Der Pegel Ll kann mittels eines veränderbaren
Widerstands VR3 eingestellt werden. Der Widerstand VRl und der Block bzw. Verstärker B2 sind miteinander über
eine verdrillte Leitung TP verbunden. 15
Das Ausgangssignal des Blooks B2 wird einem Addierer B4:
der in Figur 5 als B4a und B4b dargestellt, ist, und einem
Block B7 zugeführt. Der Ausgang des Blocks B7 ist mit e^nem
Block B5 verbunden, der ein Verstärker ist, welcher ein 20
zu seinem Eingangssignal linear proportionales Ausgangssignal
abgibt, wenn-das Eingangssignal unter einem vorbestimmten
Pegel liegt, der durch eine Zenerdiode ZDl bestimmt ist. Wenn das Eingangssignal über dem vorbestimmten Pegnl
liegt, gibt der Verstärker B5 ein Ausgangssignal konstanter 25
Amplitude ab. Der Block B5 wirkt als Fehlerverstärker und
ist mit seinem Ausgang an den Modulationseingang eines
Blocks B6 angeschlossen, welcher eine Impulsdauer-Modulationsschaltung
ist. Die Modulationsschaltung B6, die eine
Stormregeldiode CD hat, setzt die von einem Block B9 eroU
.zeugte Rechteckkurvenform in einen Impuls um, dessen
Dauer durch das Steuersignal aus dem Block B5 gesteuert
wird. Bei diesem dargestellten Beispiel erzeugt die Rechteckkurvengeneratorschaitung
des Blocks B9 Kurven mit der _P- Frequenz 2kHz. Der Ausgang des Blocks B6 ist mit einem Fingang
B eines Blocks B16 ve.rbunden, der eine logische Steuerschaltung
ist.
3AD ORIGINAL
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Der mit: dem Ausgang des Blocks BQ verbundene Block B3
stellt, eine Art. Vergleicher dar, der die Polarität seines
Eingangssignals erfaßt. Im einzelnen gibt der Block B3
§ ein logisches Signal ab, das sich in Abhängigkeit davon
ändert, ob das erfaßte Drehmoment positiv oder negativ
ist, und daher in Abhängigkeit von der Richtung, in der
das Lenkrad 1 gedreht wird. Der Ausgang des Blocks B3
ist mit einem Eingang A des Blocks B16 verbunden.
Ein Block BIO, der einen linearen Verstärker darstellt,
wird mit einem Rückführungssignal entsprechend dem über
den Gleichstrom-Servomotor DM fließenden Strom gespeist. Das Ausgangssignal des Blocks BIO wird an eine Absolutwertschaltung
BIl angelegt, deren Ausgang mit Blöcken B12 und B13 verbunden ist. Der Block B12 ist ein linearer Verstärker
und gibt ein Ausgangssignal positiver oder negativer Polarität an den Block bzw. Addierer B4 ab. Der Block B13
ist ein Vergleicher, der eine Überlastung (einen abnormal hohen Strom) an dem Servomotor DM erfaßt. Der Bezugspegel
des Vergleichers B13 wird mittels eines veränderbaren Widerstands VR4 eingestellt. Die Schaltung enthält ferner
einen Meßgeber SS für die Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei diesem Beispiel ist der Meßgeber aus einem
Magneten und einem Reed-Schalter gebildet. Der Magnet ist
.nit der Tachometerwelle verbunden und läuft entsprechend
der Drehung einer Radachse des Fahrzeugs um. Entsprechend Hen durch die Drehung des Magneten hervorgerufenen Magnetfeldänderungen
wird der Reed-Schalter ein- und ausgeschalt.et, so daß er ein Impulssignal entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
abgibt. Dieses Signal wird an einen Frequenz/ Spannungs- bzw. f/V-Wandler B14 angelegt, dessen Ausgangssignal
an einen Eingang F des Blocks B16 über einen Vervjleicher
B15 angelegt wird, welcher mit einem veränderbaren Widerstand VR5 zum Ändern des Bezugspegels des Vergleichers
- 13 - ■ DE 3481
versehen ist. Bei diesem Beispiel kann der Vergleicher
durch Einstellen des v/eränderbaren Widerstands VR5 auf irgendeine erwünschte Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich
won 20 bis 50 km/h eingestellt werden. 5
An jeweilige Ausgangsanschlüsse der logischen Steuerschaltung
B16 sind über jeweilige Basistreiberstufen BD Schalt transistoren
zur Stromsteuerung angeschlossen. Diese Transistoren Ql, Q2, Q3 und QA dienen zum BoI reiben de»
Gleichstrom-Servomotors DM und sind in der Form einer
Brücke geschaltet, um die Polarität, zu ändern. Im einzelnen
fließt durch Einschalten von zwei diametral gegenüberliegenden
Transistoren in dem Motor DM ein Strom einer vorgegebenen Polarität. Der Last st. rom wird mittels eines
Stromwandlers CT erfaßt. Eine Gleichstromdrossel L verhindert
eine auf der Impulsdauermodul at. ι on beruhende Unterbrechung
des Motorstroms.
Nach Fig. 6 besteht die logische Steuerschaltung B16 aus
UND-Gliedern ANl bis AN6, Invertern INI bis IN7 und Treiberstufen
DUl bis DV4. Die Treiberstufen DVl bis DV4 haben den
gleichen Aufbau und weisen jeweils einen Photokoppler auf, in welchem eine Leuchtdiode optisch mit einer Photodiode
gekoppelt ist. Die Leuchtdiode wird mittels eines Transistors 25
oder dergleichen angesteuert. Die Leuchtdioden und die Zugeordneten
Photodioden der Treiberstufen DVl bis DV4 sind
in den jeweiligen Basis-Treiberstufen BD für die Ansteuerung
der Basen der Transistoren Ql bis Q4 enthalten.
Vor der Beschreibung der Funktionsweise des vorstehend bs-
schriebenen Servolenksystems werden kurz die übrigen Figuren
beschrieben. Die Fig. 7 zeigt die Art der Verbindung des Servomotors DM mit jeweils leitenden Transistoren bei jeweiligen
Betriebsarten. Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel der
35
Betriebszeitsteuerung. Die Fig. 9 zeigt die Zusammenhang-»
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zwischen dem Drehmoment, des bei dem vorstehend beschriebenen
Beispiel verwendeten Motors und einem Strom I, zwischen dem
Drehmoment und einer Drehzahl N und zwischen dem Drehmoment und einem Wirkungsgrad A4 . Die Figur 10 zeigt die Zusammenhänge
zwischen einem Eingangs-Drehmoment. Ti, das erzeugt, wird, wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt, und einem Ausgangs-Drehmoment.
To, das an dem Lenkmechanismus ausgeübt wird, wobei das Drehmoment. To das von dem Motor DM hervor-
qerufene HiI fsdrehmoment. enthält.
10
10
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit, geringer als eine mittels
des veränderbaren Widerstands VR5 eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit
Vm ist, wird an den Eingang F der logischen Steuerschaltung B16 ein Signal mit dem niedrigen Pe-
gel "L" angelegt.. Wenn bei diesem Zustand der Fahrer das
Lenkrad mit einem Drehmoment dreht, das größer als ein vor-Destimmter
Wert ist, wird der an den Anschluß A der Steuerschaltung
B 16 angelegte Signalpegel entsprechend der Dreh-
_n richtung bestimmt. Danach führt, die Impulsdauer-Modul at. ionsschaltung
B6 dem Eingang B der Steuerschaltung B16 einen Impuls einer vorbestimmten Dauer zu. Dementsprechend nimmt
der Ausgangspegel entweder der UND-Glieder ANl und AN3 oder dsr UND-Glieder AN2 und AN4 abhängig von der Drehrichtung
2g an dem Lenkrad den logischen Pegel "1" an, wodurch der
Photokoppler der Treiberstufe DV4 bzw. DV3 eingeschaltet
wird. Zugleich wird der Impuls aus der Modulationsschaltung
36 entweder über das UND-Glied AN5 und den Inverter IN5 oder über das UND-Glied AN6 und den Inverter IN6 an die
ireiberstufe DVl oder DV2 angelegt. Falls der Impuls beispielsweise
an die Treiberstufe DVl angelegt wird, wird der Transist:or entsprechend dem Impuls ein- oder ausgeschaltet,
wodurch der Photokoppler eingeschaltet oder
abgeschaltet wird. Diejenigen Treiberstufen, die keinen
Impuls erhalten, werden ständig eingeschaltet gehalten,
so daß daher ihre jeweiligen Photokoppler abgeschaltet.
j. .I. O- /■ 33A3 1
- 15 - DE 3481
bleiben. Wenn der Photokoppler der Treiberstufe DVl eingeschaltet
wird, werden die Transistoren Ql und Q4 durchqeschaltet,
so daß daher dann ein Strom gemäß der Darstellung
bei den "Ein"- und "Aus"- Betriebsarten für die Vorwärts-"
5
bewegung in Fig. 7 fließt. Wenn jedoch der Photokoppler
abgeschaltet wird, wird der Transistor Ql gesperrt, wodurch
der Stromweg unterbrochen wird. Der zu dem Motor fließende
Strom wird ständig durch den Impuls geschaltet gesteuert, _ so daß daher die dem Motor zugeführte elektrische Leistung
und das Motordrehmoment entsprechend der Impulsdauer verändert werden. Wenn ein Impuls an die Treiberstufe DV2 angelegt
wird, wird entsprechend dem Impuls der Transistor
Q3 ein- und ausgeschaltet, wobei die elektrische Verbinde
dung auf diejenige gemäß der Darstellung der "Ein"- und "Aus"-Betriebsarten bei der Rückwärtsbewegung bzw. Gegenbewegung
in Fig. 7 verändert'wird. Der Motorstrom wird mittels
des Stromübertragers CT erfaßt, und das sich dabei ergebende
Signal zu der Impulsdauer-Modulatlonsschaltung B6
2Q zurückgeführt. Auf diese Weise wird der Servomotor DM ir.it
einem Strom betrieben, welcher dem Drehmoment entspricht, das hervorgerufen wird, wenn der Fahrer des Fahrzeugs das
Lenkrad dreht.
nc Der Zusammenhang zwischen dem von dem Fahrer aufgebrachten
Lenk-Drehmoment Ti und dem Ausgangs-Drehmoment To für das Lenken ändert sich gemäß der Darstellung in Figur 10.
Im einzelnen hat dann, wenn hinsichtlich der Absolutwerte das erfaßte Drehmoment im Bereich von O bis Tl liegt, der
durch die Einstellung des veränderbaren Widerstands VR3 bestimmt* wird, das Ausgangssignal des als Funktionsgenerator
wirkenden Verstärkers bzw. Blocks B2 den Pegel "0",
so daß zu dem Motor DM kein Strom fließt. Infolgedessen
ist in diesem Bereich bzw. in dieser Totzone das von dem
Fahrer aufgebrachte Lenkungs-Drehmoment Ti gleich dem
BAD ORIGINAL
- 16 - DE 3481
Ausgangs-Lenkungs-Drehmoment. To. Wenn das Drehmoment- den
Wert Tl erreicht., ändert" sich der Ausgangspegel des Funktionsgenerators
bzw. Verstärkers B2 entsprechend dem Drehmoment.. Daraufhinerzeugt, der Motor ein HiI fs-Drehmoment,
daß dem von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoment hinzugefügt
wird, so daß das Ausgangs-Drehmoment gesteigert wird. Wenn das erfaßte Drehmoment, hinsichtlich des Absolutwerts ein
maximales Drehmoment. T2 erreicht, welches der Motor abgeben kann, wird der Ausgangspegel des Blocks B5 auf einem
konstanten Wert f est.gehal t.en. Damit wird auch das Motor-Drehmoment
auf diesem Wert festgehalten. Daher nimmt selbst bei einer weiteren Steigerung des erfaßten Drehmoments das
Motor-Drehmoment nicht weiter zu.
denn das erfaßte Drehmoment, in den Bereich von Ti bis To
liegt, ist der Zusammenhang zwischen dem Eingangs-Drehmoment Ti und dem Ausgangs-Drehmoment To, nämlich das Servo- bzw.
HiI fs kraft verhält, nis dTo/dTi durch den Verstärkungsfaktor '
des Funktionsgenerators B2 bestimmt. D.h., wenn der mittels
des veränderbaren Widerstands VRl oder VR2 eingestellte Wert verändert wird, wird auch für das gleiche erfaßte Drehmoment
der Ausgangssignalpegel des Funktionsgenerators B2 verändert. Infolgedessen wird auch das von dem Motor abgegebene
Drehmoment verändert. Die Kennlinie, die erzielt wird, wenn
.'Jas Motor- bzw. HiI fs-Drehmoment "0" ist, ist in Figur 10
mit A bezeichnet. (HiI f skra ftverhäl tnis "1"). Wenn das Servolenksystem
nach dem mittels des Widerstands VRl eingestellten Wert arbeitet, hat die Kennlinie (für den Servomotor)
»-. eine Neigung, die gemäß der Darstellung bei B und C in
Figur 10 dem eingestellten Wert entspricht.
übzwar bei. dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
zum Ändern des Hi1fskraftverhältnisses des Servoqc
1enksystems die veränderbaren Widerstände VRl und VR3
verwendet werden, können stattdessen Schalter, veränderbare
BAD ORIGINAL
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Halbleiter-Widerstandselemente oder Kombinationen hieraus
verwendet werden. Beispielsweise kann eine H ι 1 fskra ft ve ;-hältnis-Einstellvorrichtung
aus mehreren veränderbaren
Widerständen VRa, VRb und VRC sowie einem Wählschalter 5
SW gebildet werden, wie es in Figur 11 gezeigt ist. Bei
dieser Gestaltung ist es einfach, das Hi 1 f skra ft verhäl t.n i s
durch Betätigen des Schalters SW zu verändern, wenn die Widerstände vorher auf geeignete Werte eingestellt worden
sind. Falls beispielsweise mehrere Personen das gleiche
Fahrzeug benutzen, können die veränderbaren Widerstände
den einzelnen Benutzern zugeordnet werden. Daher ist es
nicht erforderlich, bei einem Fahrerwechsel das Hilfskraft-Verhältnis
jedesmal neu einzustellen. Ferner ist es möglich,
die veränderbaren Widerstände VRa, VRb und VRc durch i
halbfeste Widerstände zu ersetzen, die für die Kennlinien
bei Geschwindigkeiten nahe· "0", Kennlinien für weibliche Fahrer bzw. Kennlinien für männliche Fahrer gewählt werden.
Bei dieser Gestaltung kann die Einstellung des Hilfskraft-'
Verhältnisses auf einfache Weise durch Betätigen des Schal-20
ters erfolgen.
Ferner besteht zwar das System gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel aus der logischen Steuerschaltung und dem analogen Schaltungsaufbau, bei dem ge-25
wohnliche logische Elemente genutzt werden, jedoch kann
die logische St.euerschaltung durch einen Mikrocomputer
ersetzt werden. Weiterhin kann in dem analogen Schaltungsaufbau ein Hochgeschwindigkei ts-Comput.er eingesetzt werden.
OA Falls ein Mikrocomputer eingesetzt wird, kann die Einstellung
des Hilfskraftverhältnisses durch das Auslesen
von von dem Fahrer vorgenommenen Tastenbedienungen vorgenommen
werden. Alternativ kann das System mit einem im Handel erhältlichen Spracherkennungsgerät ausgestattet
gr werden, um das HiIfskraftverhältnis entsprechend Sprachanweisungen
durch den Fahrer einzustellen. Weiterhin ist.
BAD ORIGINAt
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anzumerken, daß bei dem vorstehend beschriebenen Ausf
ührunqsbe j sp iel en der Servol enkvorcjang entsprechend der
Fahrzeuggeschwindigkeit eingeleitet oder beendet, werden
kann. Dieser Schaltvorgang ist bei dem beschriebenen 5
Servolenksystem nicht wesentlich, da das erfindungsgemäße
Servolenksystem eine Änderung des HiIfskraftsverhältnisses
erlaubt.
Gamäß der vorstehenden Beschreibung ermöglicht, die Erfindung
eine Änderung des Servo- bzw. H ι 1 fskra ft. verhäl t nisses
des Servolenksystems. Daher kann jeder Fahrer einzeln für
sich ein seinen eigenen Wünschen entsprechendes Lenkgefühl erzielen.
Bei einem Servolenksystem wird ein Elektromotor zum Erzeugen eines HiIfs-Drehmoments verwendet, welches dem
i/on dem Fahrer eines Fahrzeugs an dem Lenkrad ausgeübten
Drehmoment hinzugefügt wird. Das von dem Fahrer aufge-
2Q brachte Drehmoment wird mittels Fühlern erfaßt. Das System
weist eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Motors
entsprechend dem Ausgangssignal der Fühler auf. Ferner weist das System einen elektrischen geschlossenen Regelkreis
für das Zurückführen eines der Ausgangsleistung des Motors entsprechenden Signals zu dem Eingang der Regel-'jchleife
auf. Ein veränderbarer Widerstand wird so geschaltet,
daß der Verstärkungsfaktor eines in der Regelschleife
enthaltenen Verstärkers durch den Widerstand veränderbar ist. Ein an dem veränderbaren Widerstand angebrachter
Knopf wird an dem Armaturenbrett des Fahrzeugs so angeordnet,
daß er von dem Fahrer von Hand erreicht werden kann.
Dies erlaubt es dem Fahrer, das HiIfskraftverhältnis, näm-J
ich das Verhältnis des Ausgangs-Drehmoments des Servolenksystems
zu dem von dem Fahrer aufgebrachten Emgangs-Drehmoment
während der Fahrt, zu verändern.
BAD ORIGINAL
- Leerseite -
Claims (3)
- Τ« ο - · 1Λ"" - /O - - ' Patentanwälte undIEDTKE - DÜHLING * RXlNNE;" ^JIRUI5E Vertreter beim EPAw* f\ .:-- --* β·"- ■"" *" " Dipl.-Ing. H.Tiedtke fnELLMANN " VaRAMS " OTRUIF Dipl.-Chem. G. BühlingDipl.-Ing. R. Kinne 3343180 Dipl.-Ing. R GrupeDipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. StruifBavariaring 4, Postfach 2024 8000 München 2Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germariiapatent Münch29. November 1983DE 3481case W - 2Patentansprüche( l.J Motorbetriebenes Servolenksystem, gekennzeichnet, durch einen Elektromotor (DM), eine Verbindungsvorrichtung (9) zum unveränderbaren Koppeln des Motors mit einer Lenkachse (7) eines Fahrzeugs, eine Drehmoment fixiervorrichtung (8) zum Erfassen des an dem Lenkrad (1) des Fahrzeugs ausgeübten Drehmoments, eine Steuereinrichtung (40) zum gesteuerten Betreiben des Motors entsprechend dem Ausgangssignal der Drehmomentfühlervorrichtung und eine Hilfskraftverhältnis-Einstellvorrichtung (30; URl; VRa, VRb. VRc, VW) zum Einstellen des· Verhältnisses zwischen dem EingaVigssignalpegel dei\ Steuereinrichtung und einer Größe, nut. der der Motor betrieben wird, wobei die Einstellvorrichtung an einer Stelle angeordnet ist, die durch den Fahrer bej.m Führen des Fahrzeuges'von Hand erreichbar ist..
- 2. Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) ein Roqelsystem mit einem geschlossenen Regelkreis für das Zurückführen eines dem Ausgangssignal entsprechenden Signals von dem Motor zurück zu dem Eingang des Regelkreises aufweist. und daß mit der HiIfskraftverhältnis-Einsteil vorrichtung (VRl; VRa, VRb, VRc, VW) der Verstärkungsfaktor oderBAD ORIGINAL- 2 - DE 348143180Dämpfungsfaktor einer Verstärker- oder Dämpfungsstufe (B2) einstellbar ist, die zwischen den mit dem Drehmoment Signal beaufschlagten Eingang des Regelkreises und den Aus.gang der Drehmomentfühlervorrichtung (8) geschaltet ist.
- 3. Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die HiIfskraftverhältnis-Einstellvorrichtung ein veränderbarer Widerstand (VRl) ist.h. Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die HiIfskraftverhältnis-Einstellvorrichtung mehrere veränderbare Widerstände (VRa, VRb, VRc) ■jnd einen Wählschalter (SW) aufweist.BAD ORIGINAL
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