DE3535503C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch betätigte Servo­ lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Servolenkvorrichtungen tritt ganz allgemein das Problem auf, daß der Fahrer das bei mechanischen Lenkvorrichtungen immer gegebene "Kontaktgefühl" gegenüber der Lenkung und damit gegenüber dem ganzen Fahrzeug leicht verlieren kann, da die Hilfskraft die tatsächlich auftretenden Lenkkräfte "verfälscht".

Aus der DE-OS 31 24 181 ist eine Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Bei dieser Anordnung besteht keine mechanische Kopplung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe bzw. zwischen Lenkrad und den gelenkten Rädern. Bei der bekannten Anordnung wird der über ein Lenkrad eingestellte Lenkwinkel abgetastet, um einen Elektromotorlenkwinkel-proportional anzusteuern, der mit dem Lenkgetriebe gekoppelt ist. Zum Rückstellen des Lenkrades ist eine Feder vorgesehen, die beim Einschlagen gespannt wird. Läßt man das Lenkrad los, so stellt es sich automatisch in die Null-Lage zurück. Bei dieser Anordnung tritt der oben erwähnte Effekt verstärkt auf, da die tat­ sächlich auf die Räder wirkenden Kräfte bei der Bereitstellung des Rückstellmomentes für das Lenkrad keinerlei Rolle spielen, so daß der Fahrer kein Gefühl für die tatsächliche Lenksituation vermittelt bekommt.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein, der rein mechanischen Lenkung möglichst ähnliches Lenkverhalten erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht der Vor­ richtung 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. Eine quer verschiebbare Zahnstange 6 ist innerhalb des Getriebegehäuses 5 angeordnet. Eine weitere Zahn­ stangen-Ritzel-Einrichtung 11 in Eingriff mit der Zahnstange 6 ist in dem Getriebegehäuse 5 angebracht, wobei die Ausgangswelle 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 Servo­ lenkvorrichtung zu bilden.

Ein Lenkmomentfühler 12 ist an der Seite der Lenkwelle 3 des Getriebegehäuses 5 angebracht, um das Torsionsdrehmoment zu messen. Ein Lenkwinkel­ fühler 13 ist an der Zahnstangenseite des Getriebegehäuses 5 angeordnet, um den Lenkwinkel bei Verschiebung der Zahn­ stange zu messen. Beide Fühler 12 und 13 bilden einen Regel­ kreis mit dem Elektromotor 7 über die Regeleinheit 14.

Gemäß Fig. 2 wird das Signal von dem Lenkmomentfühler 12 der Lenkmomenthilfssignalerzeugungseinrichtung 20 zugeführt, um ein Hilfssignal zu erzeugen, während das Signal von dem Lenkwinkel­ fühler 13 einer Rückführdrehmomenthilfssignalerzeugungseinrichtung 21 zugeführt wird, um ein Rückführsignal zu erzeugen. Die Einrichtung 20 erhöht den absoluten Wert des Hilfssignals iT exponentiell in positiver Richtung nach rechts ansprechend auf ein Lenkmoment, das sich beim Rechtslenken ergibt, siehe Fig. 3(a), und erhöht ansprechend auf ein Lenkmoment beim Lenken nach links 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 des Lenkens und des angelegten Lenkmoments zu erzeugen. Die Einrichtung 21 (siehe Fig. 3(b)) erhöht den Absolutwert des Rückführsignals i R in negativer (linker) Richtung ansprechend auf eine Rechts­ verdrehung des Rades aus der neutralen Stellung beim Drehen nach rechts und erhöht in gleicher Weise den Absolutwert des Rück­ führsignals i R, aber in positiver (rechter) Richtung beim Drehen nach links, um ein Rückführsignal i R mit positivem oder negati­ vem Wert entsprechend der Richtung und Größe des Lenkwinkels zu erzeugen.

Falls ein Rechtslenkwinkel vorhanden ist, während ein Rechts­ lenkdrehmoment angelegt wird, haben somit das Hilfssignal iT und das Rückführsignal i R entgegengesetzte Vorzeichen. Die Summe beider Signale ändert das Vorzeichen von positiv nach negativ und umgekehrt bei einer Schwelle, bei der iT + i R = 0 gilt.

Das Vorzeichen der Summe der oben erwähnten Signale iT und i R wird durch den Vorzeichendiskriminator 22 bestimmt, um die Polarität des Motorstroms umzuschalten, so daß ein Ausgangs­ signal in positiver Richtung erzeugt wird, wenn die Summe positiv ist, und ein Ausgangssignal in negativer Richtung erzeugt wird, wenn die Summe negativ ist. Die Summe der Signale wird auch der Absolutwerterzeugungseinrichtung 24 zugeführt, um deren Betrag zu bestimmen, der wiederum dem Abgaberegler 25 zugeführt wird, um das Tastverhältnis zu bestimmen, welches das Ausgangssignal zu der Treiberstufe 23 ist. Das Tastver­ hältnis wird hierbei so bestimmt, daß der Motorstrom einem Soll-Wert entspricht, indem der Motorstrom mit dem Detektor 26 gemessen und der Wert des durch den Detektor 26 gemessenen Stroms zurück zu dem Abgaberegler 25 geführt wird.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird nachfolgend für den Fall 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 Lenkmoment T wird durch den Lenkmomentfühler 12 bestimmt, um die Lenkmomenthilfssignalerzeugungseinrichtung 20 zu veranlassen, ein positives Hilfssignal iT entsprechend der in Fig. 3(a) gezeigten Kennlinie zu erzeugen. Das Hilfssignal wird wiederum der Treiberstufe 23 über den Vorzeichendiskriminator 22 und über die Absolutwerterzeugungseinrichtung 24 und den Abgabe­ regler 25 zugeführt, so daß der Elektromotor 7 ein Rechtslenkdrehmoment entsprechend dem elektrischen Strom i in positiver Richtung in Übereinstimmung mit der Drehmomentkenn­ linie m 1 in Fig. 4 erzeugt. Somit wird eine Hilfskraft auf die Zahnstange 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 Lenkwinkelfühler 13 festgestellt, wodurch ein Rückführsignal i R mit der in Fig. 3(b) gezeigten Kennlinie von der Rückführdrehmomenthilfssignalerzeugungseinrichtung 21 erzeugt wird. Wenn das Lenkrad nach rechts gedreht wird, wird somit der Elektromotor 7 entsprechend dem Soll-Strom i, der die Summe von iT und i R ist, geregelt. Bei einem Rechts­ lenkwinkel R1 wird beispielsweise der Elektromotor 7 durch die in gestrichelten Linien in Fig. 4 gezeigte Kennlinie m 2 geregelt, die durch Addieren eines negativen Rückführsignals i R1 zu dem Hilfssignal iT erhalten wird. Wenn der Rechtslenkwinkel R1 aufrechterhalten wird, während ein Lenkmoment T 1 angelegt wird, tritt eine Rechtshilfskraft unter dem Soll- Strom i 1 auf.

Wenn dann das Lenken nach rechts beendet wird, fällt der Soll- Strom i längs der Kennlinie m 2 ab, da sich das Lenkmoment 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 zurückkehrt. Da die Rückführung andauert und der Lenk­ winkel abnimmt, verschiebt sich die Kennlinie m 2 für den bezeichneten Strom i allmählich zu der in Fig. 4 gezeigten Kurve m 1, wobei die Rückführkraft zu der Zeit, wenn das Lenkrad in die neutrale Stellung zurückgeht, Null wird. Somit wird die Konver­ genz beim freihändigen Zustand bei hohen Geschwindigkeiten verbessert.

Im Falle einer Linkslenkeingabe ist der Vorgang identisch mit Ausnahme der Motordrehung in entgegengesetzter Richtung entsprechend der Kennlinie m 3 in Fig. 4.

Obwohl die Erläuterung anhand eines Zahnstangen-Ritzel-Lenk­ getriebes als Beispiel erfolgt ist, ist die Erfindung selbst­ verständlich auch in gleicher Weise bei anderen Lenkgetrieben anwendbar. Auch sind die Kennlinien der Einrich­ tungen 20 und 21 nicht auf die gezeigten beschränkt.

Claims (2)

1. Elektrisch betätigte Servolenkvorrichtung, mit einem Lenk­ rad (2) zum Lenken von Rädern eines Kraftfahrzeuges, mit einem Lenkmechanismus (6), mit einem Lenkwinkelfühler (13), der ein Lenkwinkelsignal abgibt, mit einer Motortreiber­ einrichtung (23) zum Betätigen eines Elektromotors (7), mit einem Lenkmomentfühler (12), der das Lenkmoment ab­ tastet, mit einer Lenkmomenthilfssignalerzeugungseinrich­ tung (20), die ein Hilfssignal (iT) entsprechend dem Lenk­ moment abgibt, mit einer Rückführdrehmomenthilfssignal­ erzeugungseinrichtung (21), die ein Rückführsignal (i R) entsprechend dem Lenkwinkel abgibt, mit einem Vorzeichen­ diskriminator (22), der auf ein Summensignal aus Hilfs­ signal (iT) und Rückführsignal (i R) hin eine Motordrehrich­ tung festlegt, und mit einer Absolutwerterzeugungseinrich­ tung (24), die eine geeignete Rückstellkraft entsprechend dem Lenkzustand des Kraftfahrzeuges festlegt.

2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Lenkmomenthilfssignalerzeugungseinrichtung (20) ein Hilfssignal (iT) speicherbar ist, das mit positivem und negativem Lenkmoment beim Rechts- oder Linksdrehen des Lenkrades (2) exponentiell verläuft, und daß
in der Rückführdrehmomenthilfssignalerzeugungseinrichtung (21) ein Rückführsignal (i R) speicherbar ist, das einen Absolutwert aufweist, der beim Rechtseinschlag des Lenk­ rades zu negativen Werten hin ansteigt und der beim Linkseinschlag des Lenkrades zu positiven Werten hin ansteigt.