DE3535503A1

DE3535503A1 - Elektrisch betaetigte kraftlenkvorrichtung

Info

Publication number: DE3535503A1
Application number: DE19853535503
Authority: DE
Inventors: Saiichiro Oshita
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1986-05-07
Also published as: DE3535503C2; JPS6189170A; JPH0311944B2; US4681183A

Description

-i 5/193 j Fuji Jukogy K.K.

Elektrisch betätigte Kraft lenk vorrichtung Priorität: 8. Oktober 1984 Japan 59-212279

Die Erfindung betrifft eine elektrisch betätigte Kraft lenkvorrichtung, die an der Lenkanordnung eines Straßenfahrzeugs angebracht ist, um zusätzliche Lenkkraft mittels eines Elektromotors zur Verfügung zu stellen, und insbesondere eine Vorrichtung mit verbesserter Rückführeigenschaft nach der Vervollständigung einer Drehung in einer Richtung.

Elektrisch betätigte Kraftlenkvorrichtungen ergeben im allgemeinen eine zusätzliche Lenkkraft (Hilfe) durch Messen des Torsionsdrehmoments, das beim Betätigen des Lenkrads ausgeübt wird, um entsprechend diesem Torsionsdrehmoment einen Elektromotor anzutreiben, dessen Ausgangsdrehmoment auf eine Zahnstangenwelle im Gehäuse eines Zahnstangen-Ritzel-Lenkgetriebes gegeben wird. Solche elektrisch betätigten Anordnungen erfordern, daß der Motor nur beim Lenken angetrieben wird, womit Verluste der Motorleistung eliminiert werden, die beim Aufrechterhalten einer kontinuierlichen Strömung des hydraulischen Strömungsmittels auftreten würden, wie dies bei hydraulisch betätigten Anordnungen gefordert wird. Da auch die Richtung und Größe der Hilfskraft durch die Polarität und Größe des Motorstroms bestimmt ist, kann eine Regelung einschließlich Korrekturen der Motordrehzahl relativ einfach ausgeführt werden. Obwohl die Rückführungseigenschaft des weiteren dazu tendiert, sich in Kraftlenkanordnungen aufgrund der Erhöhung der Reibung in der Anordnung zu verschlechtern, haben elektrisch betätigte Anordnungen den Vorteil, daß eine Gegenmaßnahme leichter als bei hydraulisch betätigten Anordnungen ausgeführt werden kann.

Bei elektrisch betätigten Anordnungen tendieren jedoch die Rückführungseigenschaft und das Gefühl des Lenkens dazu, sich

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aufgrund der Reibung in den Untersetzungszahnrädern zu verschlechtern, da der Motor mit deτ ZahnstangenweLLe über Untersetzungszahnräder verbunden ist. Aufgrund des Anstiegs in der Trägheit des Motors tendiert auch die Konvergenz im freihändigen Zustand bei hohen Geschwindigkeiten dazu, verschlechtert zu werden.

Eine elektrisch betätigte Kraftlenkvorrichtung, welche diesen Unzu läng Lichkeiten abhe I fen so I I, ist beispielsweise beschrieben in der JP-AS 46-5108 (1971). In dieser Veröffentlichung ist beschrieben, den Motor in Rückführrichtung abhängig von dem Ausgangssignal eines Diskriminators anzutreiben, der einen solchen Zustand feststellt, bei dem kein Ausgangsdrehmoment auf das Lenkrad einwirkt, während das Rad sich in irgendeiner anderen als der neutralen Stellung befindet. Diese Anordnung arbeitet jedoch nur, wenn das Eingangsdrehmoment an dem Lenkrad Null ist, und die Anordnung ergibt auch kein adequates Ansprechen, da der Diskriminator das Ausgangssignal nur nach der Feststellung aussendet, daß die obigen Zustände eingetreten sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrisch betätigte Kraft lenkvorrichtung zu schaffen, bei der die Rückführkraft entsprechend dem Winkel des Lenkrads (Steuerwinkel) mit der Hilfskraft entsprechend dem Torsionsdrehmoment in der Lenkanordnung kombiniert wird, um den Motorstrom zu regeln, so daß die Rückführkraft unmittelbar Wirkung zeigt, wenn das Eingangsdrehmoment andern Lenkrad verringert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben,indersind

Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht der Vorrichtung der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Komponenten der Regeleinheit, Fig. 3(a) und (b) Kennlinien der Hilfs- und Rückführsignale und Fig. 4 eine Darstellung zum Erläutern der Arbeitsweise der Vorrichtung der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Zahnstangen-Lenkgetriebe durch die Bezugszahl 1 bezeichnet. Die Welle 3 auf dem Lenkrad 2 ist mit einer Ritzelwelle innerhalb des Getriebegehäuses 5 über Gelenke 4 verbunden und eine transversal gleitbare Zahnstangenwelle 6 ist nerhalb des Getriebegehäuses 5 angeordnet. Eine weitere Zahnstangen-Ritzel-Einrichtung 11 in Eingriff mit der Zahnstangenwelle 6 ist in dem Getriebegehäuse 5 angebracht, wobei die Ausgangsweile 9 des Untersetzungszahnrads 8 an dem Elektromotor 7 mit der Ritzelwelle der Zahnstangen-Ritzel-Einrichtung 11 über ein Gelenk 10 verbunden ist, um eine elektrisch betätigte Kraft lenkvorrichtung zu bilden.

Ein Torsionsdrehmomentfühler 12 ist an der Seite der Lenkwelle des Getriebegehäuses 5 angebracht, um das Torsionsdrehmoment durch seine Torsionsabweichung zu messen, und ein Lenkwinkelfühler 13 ist an der Zahnstangenseite des Getriebegehäuses 5 angeordnet, um den Lenk winkel durch die Verdrehung der Zahnstangenwelle zu messen. Beide Fühler 12 und 13 bilden einen Kreis mit dem Elektromotor 7 über die Regeleinheit 14.

Gemäß Fig. 2 wird das Signal von dem Torsionsdrehmomentfühler der Hi Ifsdrehmomentbezeichnungseinrichtung 20 zugeführt, um ein Hilfssignal zu erzeugen, während das Signal von dem Lenkwinkelfühler 13 einer Rückführdrehmοmentbezeichnungseinrichtung 21 zugeführt wird, um ein Rückführsigna I zu erzeugen. Die Hilfsdrehmomentbezeichnungseinrichtung 20 erhöht den absoluten Wert des Hilfssignals iT exponentiell in positiver Richtung nach rechts ansprechend auf ein Torsionsdrehmoment, das sich aus

einer Rechts I enkeingabe ergibt, siehe Fig. 3Ca), und erhöht ansprechend auf ein Torsionsdrehmoment von einer Linkswinkeleingabe den Absolutwert des Hilfssignals in gleichartiger Weise, jedoch in negativer Richtung nach links, um ein Hilfssignal iT mit positvem oder negativem Wert entsprechend der Richtung der Lenkeingabe und des angelegten Torsionsdrehmoments zu erzeugen. Die Rückführdrehmomentbezeichnungseinrichtung 21, siehe Fig. 3(b), erhöht den Absolutwert des Rückführsignals iö in negativer (linker) Richtung ansprechend auf eine Rechtswinkelverdrehung des Rades aus der neutralen Stellung beim Drehen nach rechts und erhöht in gleicher Weise den Absolutwert des Rückführsignals τθ, aber in positiver (rechter) Richtung beim Drehen nach links, um ein Rückführsignal i-θ mit positivem oder negativem Wert entsprechend der Richtung und Größe des Lenkwinkels zu e rzeugen.

Falls ein RechtsIenkwinkeL vorhandin ist, während ein Rechtslenk drehmoment angelegt wird, haben somit das Hilfssignal iT und das Rückführsignal ie entgegengesetzte Vorzeichen und die Summe beider Signale ändert die Vorzeichen von positiv nach negativ und umgekehrt mit einem Sch well wertzustand, bei dem iT + iö = 0 gilt.

Das Vorzeichen der Summe der oben erwähnten Signale iT und i-ö wird durch den Vorzeichendiskriminator 2 2 bestimmt, um die Polarität des Motorstroms umzuschalten, so daß ein Ausgangssignal in positiver Richtung erzeugt wird, wenn die Summe positiv ist, und ein Ausgangssignal in negativer Richtung erzeugt wird, wenn die Summenegativ ist. Die Summe der Signale wird auch der Abso lutwertt rans.f ormat i onseinhei t 24 zugeführt, um deren Größe zu bestimmen, die wiederum dem Abgabe regler 25 zugeführt wird, um das Abgabeverhältnis zu bestimmen, welches das Ausgangssignal zu der Treiberstufe 23 ist. Das Abgabeverhältnis wird hierbei so bestimmt, daß der Motorstrom den bezeichneten Wert überwacht, indem der Mot or strom mit dem

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Detektor 26 gemessen wird und der Wert des durch den Detektor gemessenen Stroms zurück zu dem Abgaberegler 25 geführt wird.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird nachfolgend für den FaIL einer Rechtsdrehung unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Wenn beim Beginn das Lenkrad 2 aus einer vorangehenden neutralen Stellung gedreht wird, ist kein Rückführsignal vorhanden, das von dem Lenkwinkelfühler 13 kommt. Nur das in der Lenkanordnung erzeugte Torsionsdrehmoment T wird durch den DrehmomentfühLer bestimmt, um die Hi Ifsdrehmomentbezeichnüngseinrichtung 20 zu veranlassen, ein positives Hilfssignal iT entsprechend der in Fig. 3(a) gezeigten Kennlinie auszusenden. Das Hilfssignal wird wiederum der Treiber stufe 2 3 über den Vorzeichendiskriminator und über die AbsoLutwertransfοrmationseinheit 24 und den Abgabeverhältnis reg L er 25 zugeführt, so daß der Elektromotor 7 ein Rechtslenkdrehmoment entsprechend dem elektrischen Strom i in positiver Richtung in Übereinstimmung mit der Drehmoment kennlinie m1 in Fig. 4 erzeugt. Somit wird eine Hilfskraft auf die Zahnstangenwelle 6 über die mit dem Elektromotor verbundene Zahnstange-Ritzel-Einrichtung 11 gegeben, um die am Lenkrad 2 erforderliche EingabeLenkkraft zu verringern.

Wenn das Lenkrad beginnt, sich aufgrund der Hilfskraft nach rechts zu drehen, wird die Winkelabweichung des Rads durch den Steuerwinkelfühler 13 festgestellt, wodurch ein Rückführsignal i θ mit der in Fig. 3(b) gezeigten Kennlinie erzeugt wird, das von der Rückführdrehmomentbezeichnungseinrichtung 21 ausgesandt werden soll. Wenn das Lenkrad nach rechts gedreht wird, wird somit der Elektromotor 7 entsprechend dem bezeichneten Strom i, der die Summe von iT und i8 ist, geregelt. Bei einem Rechtslenkwinkel Θ-1 wird beispielsweise der Elektromotor 7 durch die in gestrichelten Linien in Fig. 4 gezeigte Kennlinie m2 geregelt, die durch Addieren eines negativen Rückführsignals i Θ-1 zu dem Hilfssignal iT erhalten wird. Wenn der Rechtslenk winkel θ 1 aufrechterhalten wird, während ein Torsionsdrehmoment T1 angelegt wird, tritt eine RechtshiLfskraft unter dem bezeichneten Strom i1 auf.

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Wenn dann die Rechtslenkeingabe aufgehoben wird, fällt der bezeichnete Strom i längs der Kennlinie m2 ab, da sich das Torsionsdrehmoment sehr schnell verringert, und wird negativ (nach links). Ein Linksrückführdrehmoment wird somit durch den Elektromotor 7 erzeugt, das ausreichend ist, um die Reibung in den Untersetzungszahnrädern und das Trägheitsmoment des Motors zu überwinden, so daß das Lenkrad in die neutrale Stellung glatt unter der Lenkradwirkung, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, zurückkehrt. Da die Rückführung andauert und der Lenkwinkel abnimmt, verschiebt sich die Kennlinie m2 für den bezeichneten Strom i allmählich zu der in Fig. 4 gezeigten Kurve m1, wobei die Rückführkraft zu der Zeit, wenn.das Lenkrad in die neutrale Stellung zurückgeht. Null wird. Somit wird die Konvergenz beim freihändigen Zustand bei hohen Geschwindigkeiten verbessert.

Im Falle einer Linkslenkeing-a.be ist der Vorgang identisch mit Ausnahme der Motordrehung in entgegengesetzter Richtung entsprechend der Kennlinie m3 in Fig. 4 .

Obwohl die Erläuterung anhand eines Zahnstangen-Ritzel-Lenkgetriebes als Beispielerfolgt ist, ist die Erfindung selbstverständlich auch in gleicher Weise bei anderen Lenkgetrieben anwendbar, auch sind die Kennlinien der Bezeichnungseinrichtungen EO und 21 nicht auf die gezeigten beschränkt.

Mit der elektrisch betätigten Kraftlenkvorrichtung der Erfindung wird die Motorregelanordnung vereinfacht, da das von dem Torsionsdrehmomentfühler stammende Hilfssignal und das von dem Lenkwinkelfühler stammende Rückführsignal addiert werden, um den Motor mit einer einzigen Regelanordnung zu regeln. Da die Rückführkraft unmittelbar nach Vervollständigung einer Drehung wirkt, wird die Stabilität verbessert, ebenso wie die Konvergenz im freihändigen Zustand.

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Claims

Pat e η t a η s ρ r u c h

Elektrisch betätigte Kraft lenkvorrichtung, gekennzeichnet durch

einen Torsionsdrehmomentfühler, der das Torsionsdrehmoment in der Lenkanordnung mißt,

einen LenkwinkeLfühLer, der die WinkeI versetzung des Lenkrads mißt, wobei das Hilfssignal von einer Hilfsdrehmomentbezeichnungseinrichtung auf der Basis des Ausgangssignals des Torsions· drehmomentfühlers und das RückführsignaL von einer Rückführdrehmomentbezeichnungseinrichtung auf der Basis des Ausgangssignats des LenkwinkeLfühlers addiert werden, um einen Elektromotor durch Bestimmen der Vorzeichen der Summe der Signale zu regeln, und

eine Abgabeverhältnisregelung auf der Basis des Absolutwerts der Summe der Signale.