DE3537024C2 - - Google Patents
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- DE3537024C2 DE3537024C2 DE3537024A DE3537024A DE3537024C2 DE 3537024 C2 DE3537024 C2 DE 3537024C2 DE 3537024 A DE3537024 A DE 3537024A DE 3537024 A DE3537024 A DE 3537024A DE 3537024 C2 DE3537024 C2 DE 3537024C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftlenkvorrichtung für ein
Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-OS 31 24 181 ist eine Kraftlenkvorrichtung mit
einem Lenkwinkelfühler bekannt, der den an einem Lenkrad
eingestellten Lenkeinschlag mißt. Entsprechend dem Aus
gangssignal des Lenkwinkelfühlers werden die Räder eines
Fahrzeugs gelenkt. Es besteht also keine mechanische Ver
bindung zwischen Lenkrad und den zu lenkenden Rädern. Bei
dieser Anordnung muß der Fahrer praktisch kein Drehmoment
beim Lenken aufbringen. Eine solche Anordnung ist für einen
PKW nicht verwendbar, da der Fahrer keinerlei Lenkgefühl
entwickeln kann.
Aus der DE-OS 22 37 166 ist eine Kraftlenkvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Wenn der
Fahrer das Lenkrad während der Fahrt einschlägt und danach
losläßt, so kehrt die Lenkung zunächst nicht in die Null-
Stellung zurück, da einerseits das Getriebe des Servoelek
tromotors die Zurückbewegung hemmt, andererseits durch das
Loslassen des Lenkrades kein Torsionsdrehmoment mehr wirkt.
Der Fahrer muß also ein entsprechendes Rückstellmoment auf
das Lenkrad aufbringen, um die Räder wieder in die Null-
Stellung zu bringen. Um nun eine selbstätige Rückbewegung
der gelenkten Räder in die Null-Stellung zu bewirken, wird
vorgeschlagen, den Servomotor samt seinem Getriebe von der
Lenkung über eine elektromagnetisch betätigte Kupplung dann
abzukuppeln, wenn der Servomotor stromlos ist, also vom
Fahrer kein Lenkmoment auf das Lenkrad aufgebracht wird
bzw. das Lenkrad losgelassen wird.
Bei dieser Art der Rückstellung wird es als nachteilig an
gesehen, daß zum einen ein weiteres, kompliziertes mecha
nisches Teil, nämlich die Kupplung, vorgesehen werden muß,
um eine selbstätige Rückstellung zu bewirken. Zum anderen
kann dieses Umschalten von Servo-unterstützter Lenkung auf
Lenkung ohne Lenkhilfe ein unangenehmes Lenkgefühl erzeu
gen. Schließlich wirken nicht bei jedem Fahrzeug gleich
große Rückstellkräfte, so daß bei manchen Fahrzeugen mit
ein- und derselben Servo-Lenkung ein schnelleres Zurück
stellen, bei anderen Fahrzeugen ein langsameres Zurückstel
len erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftlenk
vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter
zubilden, daß ein sicheres Zurückstellen der Lenkung in die
neutrale Stellung mit einfachen Mitteln erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan
spruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausfüh
rungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand
von Abbildungen näher beschrieben. Hierbei zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Teile einer Ausführungs
form der Erfindung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Ausgangskennlinie
eines Torsionsdrehmomentfühlers,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Grundkennlinie des
Hilfssignals iT,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Kennlinie des zusätz
lichen Signals Sv,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Änderung der Hilfs
signalkennlinie mit der Geschwindigkeit,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Kennlinie des Multi
plizierfaktorsignals,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Kennlinie des Rückführ
signals iR und
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Kennlinie des zusätz
lichen Hilfssignals ia.
Gemäß Fig. 1 ist der Elektromotor zum Erzeugen der Hilfskraft,
der die Hilfskraft der Lenkanordnung über eine nicht darge
stellte Zahnstangen-Ritzel-Einrichtung zuführt, mit der er durch
Untersetzungszahnräder und Gelenke verbunden ist, mit dem
Bezugszeichen 1 versehen. Die Drehrichtung und das Ausgangs
drehmoment des Servomotors werden auf der Grundlage eines Regel
signals durch eine Antriebsregeleinheit 2 geregelt, die einen
Vorzeichendiskriminator 21, eine Absolutwerttransformations
einheit 22, einen Tastverhältnisregler 23, einen Rotorstrom
detektor 24 und einen Motortreiber 25 enthält. Das Regelsignal
wird dem Vorzeichendiskriminator 21 und der Absolutwerttrans
formationseinheit 22 zugeführt. Das Ausgangssignal vom
Vorzeichendiskriminator 21 wird wiederum dem Motortreiber 25
zugeführt, um die Richtung des Motorstroms entsprechend dem
Vorzeichen des Regelsignals zu schalten. Das Ausgangssignal der
Absolutwerttransformationseinheit 22 wird dem Tastverhältnis
regler 23 zugeführt, um das Tastverhältnis zu bestimmen, mit welchem
wiederum der Motortreiber 25 angesteuert wird, um ein Ausgangs
drehmoment in Übereinstimmung mit der Größe des Regelsignals zu
erzeugen. Das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 1 wird so
geregelt, daß es sich dem gewünschten Wert (durch Messen des Rotor
stroms des Motors 1 mittels des Rotorstromdetektors 24)
annähert.
Der gemessene Wert wird zum Tastverhältnisregler 23 zurück
geführt.
Das Regelsignal für die Antriebsregel
einheit 2 wird durch eine Hilfsbefehlseinheit 3, eine Rückführ
befehlseinheit 4 und eine Phasenkompensationsbefehlseinheit 5
erzeugt.
Die Hilfsbefehlseinheit 3 erzeugt grundsätzlich ein Hilfssignal
entsprechend der Größe und Richtung des Torsionsdrehmoments in
der Lenkanordnung. Die Einheit besteht aus einem Torsionsdreh
momentfühler 31, der an der (nicht dargestellten) Lenkwelle
angebracht ist, um die Richtung und die Größe des auftretenden
Torsionsdrehmoments zu messen, und einer Hilfsdrehmomentbezeich
nungseinrichtung 32, die ein Hilfssignal it der in Fig. 3
gezeigten Kennlinie erzeugt, das vom Ausgangssignal des
Torsionsdrehmomentfühlers 31, dessen Kennlinie in Fig. 2 gezeigt
ist, abhängt. Die Kennlinie der Hilfsdrehmomentbezeichnungs
einrichtung 32 ist derart, daß dann kein Ausgangssignal auftritt,
wenn die Größe des auftretenden Drehmoments unter einem bestimmten
Pegel liegt, und die Größe und das Vorzeichen des Ausgangs
signals sich in Übereinstimmung mit der Größe und der Richtung
des Drehmoments ändern, wenn dieser Wert über
schritten wird. Die Hilfsbefehlseinheit 3 enthält auch einen
Geschwindigkeitsfühler 33, der die Fahrzeuggeschwindigkeit mißt,
einen Zusatzkonstantengenerator 34, der (auf dem Ausgangssignal
des Geschwindigkeitsfühlers 33 basierend) ein zusätzliches
Signal Sv mit der in Fig. 4 gezeigten Kennlinie erzeugt,
dessen Größe mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit
abfällt, und einen Addierer 35, der das zusätzliche
Signal Sv und das Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers
31 als Eingänge empfängt und sein Ausgangssignal zu der Hilfs
drehmomentbezeichnungseinrichtung 32 sendet. Das zusätzliche
Signal Sv wird entweder zu dem Ausgangssignal des
Torsionsdrehmomentfühlers 31 addiert oder von diesem subtra
hiert, abhängig vom Vorzeichen des Ausgangssignals, um
die in Fig. 3 gezeigte Kennlinie nach links oder nach rechts mit
der Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter zu verschieben. Der
Absolutwert des Ausgangssignals der Hilfsdrehmomentbezeichnungs
einrichtung 32 sinkt somit, wenn die Fahrzeuggeschwin
digkeit bei einem gegebenen Drehmoment steigt, und
steigt an, wenn der Absolutwert des
Eingangsdrehmoments bei gegebener Geschwindigkeit sinkt
(siehe Fig. 5). Des weiteren sind ein Multiplizier
faktorgenerator 36 und ein Multiplizierer 37 in der Hilfs
befehlseinheit vorgesehen, um deren Ausgangssignal entsprechend
der Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern, wie die gestrichelten
Linien in Fig. 5 zeigen. Auf der Grundlage des Ausgangssignals
des Geschwindigkeitsfühlers 33 erzeugt der Multiplizierfaktor
generator 36 ein Multipliziersignal mit der in Fig. 6 gezeigten
Kennlinie, das den Wert 1 bei der Fahrzeuggeschwindigkeit Null
annimmt und sich asymptotisch mit ansteigender Fahrzeugge
schwindigkeit Null annähert. Der Multiplizierer 37 multipliziert
das Ausgangssignal der Hilfsdrehmomentbezeichnungseinrichtung 32
mit dem Multiplizierfaktor, so daß das Ausgangssignal des Multi
plizierers 37 entsprechend der Geschwindigkeit die Form annimmt,
die in Fig. 5 in gestrichelten Linien gezeigt ist.
Die Rückführbefehlseinheit 4 erzeugt ein Signal entsprechend der
Winkelverdrehung des Lenkrads, um dieses in
die neutrale Stellung zurückzubewegen. Die Einheit enthält einen
Lenkwinkelfühler 41, der die Winkelverdrehung des Lenkrads als
seitliche Verschiebung der Zahnstange in einer nicht darge
stellten Zahnstangen-Ritzel-Einrichtung mißt, und eine Rückführ
drehmomentbezeichnungseinrichtung 42, die ein Rückstellmomentsignal oder Rückführsignal iR
auf der Grundlage des Ausgangssignals des Lenkwinkelfühlers 41
mit einer Kennlinie erzeugt, die in Fig. 7 gezeigt ist.
Die Phasenkompensationsbefehlseinheit 5 enthält einen Phasen
kompensator 51, der das Ausgangssignal des Torsionsdrehmoment
fühlers 31 in ein Ausgangssignal proportional zu dessen
Änderung über die Zeit erzeugt, und eine Phasen
kompensationsbezeichnungseinrichtung 52, die ein zusätzliches
Hilfssignal ia auf der Grundlage des Ausgangssignals des
Phasenkompensators 51 mit einer Kennlinie erzeugt, die
beispielhaft in Fig. 8 gezeigt ist. Bei der beschiebenen Aus
führungsform wird das Ausgangssignal des Phasenkompensators 51
auch zu dem Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31
addiert, das dem Addierer 35 zugeführt wird.
Das Hilfssignal iT der Hilfsbefehlseinheit 3, das Rückführ
signal iR der Rückführbefehlseinheit 4 und das zusätzliche
Hilfssignal ia der Phasenkompensationsbefehlseinheit 5 werden
summiert und der Antriebsregeleinheit 2 als Befehlssignale zuge
führt.
Wenn aufgrund dieser Ausbildung ein Torsionsdrehmoment in der
Lenkanordnung durch Betätigen des Lenkrads auftritt, stellt der
Torsionsdrehmomentfühler 31 dieses Drehmoment fest und erzeugt
ein Ausgangssignal, aufgrund dessen ein Hilfssignal durch die
Hilfsbefehlseinheit 3 erzeugt wird, um die Drehrichtung und das
Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 1 über eine Vorzeichen
diskriminierung und eine Tastverhältnisregelung entsprechend dem
absoluten Wert des Hilfssignals zu regeln. Die Beziehung
zwischen dem Torsionsdrehmoment und dem Hilfssignal ist
schematisch in Fig. 3 gezeigt. Ansprechend auf ein nach rechts
gerichtetes Lenkmoment wird beispielsweise ein
positives Hilfssignal erzeugt, dessen Größe mit Erhöhung
des Drehmoments ansteigt. Der Elektromotor 1 erzeugt somit ein
Ausgangsdrehmoment einer Größe entsprechend dem angelegten
Eingangsdrehmoment in der Richtung, welche das Lenken nach
rechts unterstützt, um die Lenklast für den Fahrer zu
erleichtern. Im Falle einer Linksdrehung wird der Elektromotor 1
geregelt, um die Lenkung nach links aufgrund eines negativen
Hilfssignals zu unterstützen.
Gemäß der Erfindung wird die Funktionsbeziehung zwischen dem
Torsionsdrehmoment und dem Hilfssignal durch das Ausgangssignal
des Geschwindigkeitsfühlers 33 geändert. Gemäß Fig. 5, die
beispielsweise die Kennlinien des Hilfssignals in Abhängigkeit
vom (Rechtslenk-)Drehmoment zeigt, wobei der Zustand
bei der Geschwindigkeit Null durch M0 bezeichnet ist, verschie
ben sich die Kennlinien längs der X-Achse nach rechts zu M1 und
M2, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit auf V1 und V2 aufgrund der
Zugabe der zusätzlichen Konstanten ansteigt, und verringern ihre
Neigungen von M1 nach m1 und von M2 nach m2 aufgrund der Multi
plikation durch den Multiplizierfaktor. Bei gegebenem
Eingangsdrehmoment fällt somit die Größe des Hilfssignals mit steigender
Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Mit anderen Worten
fällt das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 1 mit steigen
der Geschwindigkeit ab, so daß eine übermäßige Hilfskraft bei
hohen Geschwindigkeiten vermieden wird, während eine ausrei
chende Hilfskraft beim Stillstand und bei niedrigen Geschwindig
keiten zur Verfügung gestellt wird, wodurch sich ein angenehmes Gefühl
beim Lenken ergibt.
Der Lenkwinkelfühler 41 stellt die Winkelverdre
hung des Lenkrads fest. Auf
der Grundlage dieses Signals erzeugt die Rückführbefehlseinheit
4 ein Rückführsignal iR mit einer Kennlinie, die in Fig. 7
gezeigt ist. Das Signal iR ist proportional zum Lenkwinkel für Lenk
winkel innerhalb von ±R 0 um die neutrale Stellung und ist
konstant für Lenkwinkel, deren Größe R 0 übersteigt.
Das Signal ist negativ für einen Bereich des Rechtslenkwinkels und
positiv für einen Bereich des Linkslenkwinkels. Somit wird
beispielsweise, bei konstantem Rechtslenkwinkel R 1
der Elektromotor 1 durch die Summe aus positivem Hilfs
signal iT (entsprechend dem positiven Ausgangssignal des
Torsionsdrehmomentfühlers 31) und negativem Rückführsignal
iR 1 (entsprechend dem Ausgangssignal des Lenkwinkelfühlers 41)
geregelt. Gemäß Fig. 3, in der das Hilfssignal it durch die
ausgezogene Linie gezeigt ist, wird die Summe der oben
erwähnten Signale derart, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3
gezeigt ist. Wenn also das Lenkrad beim Rechtslenkwinkel R 1
freigegeben wird, so nimmt die Summe der Signale sofort
einen negativen (nach links) Wert längs der gestrichelten Linie an,
aufgrund des schnellen Abfalls des Torsionsdrehmoments T.
Ein Linksdrehmoment wird somit vom
Elektromotor 1 erzeugt, das die Reibung in den Untersetzungs
zahnrädern und das Trägheitsmoment des Motors überwindet. Somit
wird die Rückführwirkung des Lenkrades verbessert, so daß die
Lenkanordnung glatt in die neutrale Stellung
zurück
geführt wird. Da sich die Größe des Rückführsignals iR mit sinkendem
Lenkwinkel R auf Null zu verringert,
verschwindet das Drehmoment des Elektromotors 1 vollständig in
der oder nahe der neutralen Stellung, womit die Konvergenz des
Freihandzustands bei hohen Geschwindigkeiten verbessert wird.
Nachfolgend wird der Lenkvorgang, während sich das Fahrzeug im
Stillstand befindet, beschrieben. Aufgrund eines
großen Widerstands wird in diesem Fall das Torsionsdrehmoment beim
Lenken sehr schnell aufgebaut, was zu einem
sehr schnellen Anstieg des Ausgangssignals des Torsionsdreh
momentfühlers 31 proportional zum Torsionsdrehmoment führt. Der
sehr schnelle Anstieg des Torsionsdrehmoments wird duch den
Phasenkompensator 51 der Phasenkompensationsbefehlseinheit 5
festgestellt, was zu einem Ausgangssignal entsprechend
der Änderung des Torsionsdrehmoments, das zu dem Ausgangssignal
des Torsionsdrehmomentfühlers 31 addiert wird, führt. Auch in
einem sehr frühen Stadium des Lenkvorgangs, wenn das Torsions
drehmoment T eigentlich noch nicht bis zu einem Wert angestiegen ist,
der groß genug ist, um ein Hilfssignal iT zu erzeugen, wird dann, wenn
der Grad des Anstiegs des Torsionsdrehmoments groß genug ist,
dennoch ein Hilfssignal iT abgegeben,
so
daß der Elektromotor 1 ohne Verzögerung
beim Lenken im Stillstand anspricht, wobei
selbsterregte Schwingungen vermieden werden.
Das zusätzliche Hilfssignal ia der in Fig. 8 gezeigten Kenn
linie wird durch die Phasenkompensationsbezeichnungseinrichtung
52 auf der Basis des Ausgangssignals des Phasenkompensators 51
erzeugt. Das zusätzliche Hilfssignal ist proportional zur
zeitlichen Änderung des Torsionsdrehmoments bis zu
einer bestimmten Größe, oberhalb welcher es einen konstanten
Wert annimmt. In Fällen wiederholter starker Lenkeinschläge
abwechselnd nach links und nach rechts kompensiert somit das zusätz
liche Hilfssignal ia die Motorträgheit
und verbessert das Lenkgefühl.
Der Zusatzkonstantengenerator 34
kann auch so ausgebildet werden, daß er ein
zusätzliches konstantes Signal erzeugt, das mit der Geschwindig
keit ansteigt, und das
von dem Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31 in dem
Addierer 35 subtrahiert wird.
Einerseits wird somit eine übermäßige Lenk
kraft bei hohen Geschwindigkeiten, die eine Leichtigkeit des
Lenkrads und ein Gefühl der Unsicherheit bewirken würde,
verhindert, da die Größe des Befehlssignals, das die Dreh
richtung und das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors für die
Hilfskraft bestimmt, mit ansteigender Geschwindigkeit abnimmt. Andererseits
wird die Rückführwirkung des Lenkwinkels auch verbessert, da das
Befehlssignal einen Wert annimmt, der den Motor veranlaßt, sich
in Rückführrichtung zu drehen, wenn das Torsionsdrehmoment unter
einen vorbestimmten Wert fällt, der sich mit der Winkeldrehung
des Lenkrads ändert. Des weiteren wird das Ansprechen der Hilfs
kraft aufgrund des zusätzlichen Hilfssignals
unmittelbar nach Beginn einer Lenkeingabe verbessert, wobei
eine selbsterregte Schwingung verhindert wird, wenn sich die
Lenkung des Fahrzeugs im Stillstand befindet. Auch wird die
Motorträgheit beim abwechselnden Lenken in beide Richtungen
kompensiert und dadurch das Lenkgefühl verbessert.
Claims (4)
1. Kraftlenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem
Elektromotor (1), der in Wirkverbindung mit einer
Lenkanordnung des Fahrzeuges steht, um den Lenkvorgang
zu unterstützen, mit einem Torsionsdrehmomentfühler,
der das Torsionsdrehmoment abtastet, das beim Lenken
auf die Lenksäule aufgebracht wird und der ein ent
sprechendes Torsionsdrehmomentsignal abgibt, mit einem
Kraftfahrzeug-Geschwindigkeitsfühler, der ein der
Kraftfahrzeuggeschwindigkeit entsprechendes Geschwin
digkeitssignal abgibt, mit einer Hilfsbefehlseinheit,
die ein Hilfssignal in Abhängigkeit von dem Torsions
drehmomentsignal und dem Geschwindigkeitssignal an
eine Antriebsregeleinheit abgibt, dessen Absolutbetrag
bei einem Steigen des Torsionsdrehmomentsignals an
steigt und bei ansteigender Kraftfahrzeuggeschwindig
keit abnimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Vorrichtung (42) vorgesehen ist, die in Abhängig keit vom Ausgangssignal eines Lenkwinkelsensors (41) ein Rückstellmoment-Signal abgibt, um die Rückstellung der gelenkten Räder in ihre Neutralstellung zu bewir ken und
daß das Rückstellmoment-Signal und das Hilfsmoment-Si gnal addiert und an die Antriebsregeleinheit (2) gege ben werden, um den Servomotor (1) zu steuern.
eine Vorrichtung (42) vorgesehen ist, die in Abhängig keit vom Ausgangssignal eines Lenkwinkelsensors (41) ein Rückstellmoment-Signal abgibt, um die Rückstellung der gelenkten Räder in ihre Neutralstellung zu bewir ken und
daß das Rückstellmoment-Signal und das Hilfsmoment-Si gnal addiert und an die Antriebsregeleinheit (2) gege ben werden, um den Servomotor (1) zu steuern.
2. Kraftlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hilfsbefehlseinheit (3) einen Zu
satzkonstantengenerator (34), der ein zusätzliches Si
gnal (Sv) abhängig vom Ausgangssignal des Geschwindig
keitsfühlers (33) erzeugt, und eine Hilfsdrehmomentbe
zeichnungseinrichtung (32) aufweist, an welche die Summe
der Ausgangssignale des Torsionsdrehmomentfühlers (31)
und des Zusatzkonstantengenerators (34) angelegt wird.
3. Kraftlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbefehlseinheit
(3) einem Multiplizierfaktorgenerator (36) aufweist,
der ein Multiplizierfaktorsignal zum Verringern des
Ausgangssignals der Hilfsbefehlseinheit (3) mit stei
gender Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. zum Vergrößern
dieses Ausgangssignals mit sinkender Fahrzeuggeschwin
digkeit erzeugt.
4. Kraftlenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenkom
pensationsbefehlseinheit (5) vorgesehen ist, die einen
Phasenkompensator (51) umfaßt, der ein Signal propor
tional zum Ausmaß der zeitlichen Änderung des Aus
gangssignals des Torsionsdrehmomentfühlers (31) er
zeugt, und eine Phasenkompensationsbezeichnungsein
richtung (52) umfaßt, die ein zusätzliches Hilfssignal
(ia) entsprechend dem Ausgangssignal des Phasenkompen
sators (51) erzeugt, und daß das Ausgangssignal des
Phasenkompensators (51) zum Ausgangssignal des Torsi
onsdrehmomentfühlers (31) addiert wird.
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Family Applications (1)
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