DE3723770A1 - Lenkhilfe-mechanismus mit elektrischem antrieb, insbesondere fuer zahnstangenlenkungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lenkhil­ fe-Mechanismus, insbesondere für Zahnstangenlenkungen, mit elektrischem Antrieb und speziell auf einen Lenkhilfe- Mechanismus mit elektrischem Antrieb, der mit einer Vor­ richtung versehen ist, die dazu geeignet ist, bei einer Betätigung des Lenkrades den Ansteuerstrom eines kraft­ unterstützenden Motors zu reduzieren, wenn die Nähe der Enden des Lenkhubbereiches erreicht sind.

Bekannte Lenkhilfe-Mechanismen mit elektrischem Antrieb enthalten gewöhnlich einen Drehmoment-Fühler, der auf die Lenkbelastung anspricht und einen Geschwindigkeits-Fühler, der auf die Fahrzeuggeschwindigkeit anspricht. Der Lenk­ hilfe-Mechanismus mit elektrischem Antrieb enthält des weiteren einen elektronischen Steuerkreis, der einen Motor zur Kraftunterstützung ansteuert. Der elektronische Steuer­ kreis ist derart ausgelegt, daß er die von dem Drehmoment- Fühler und dem Geschwindigkeits-Fühler ermittelten Signa­ le aufnimmt und ein Impuls-Signal, das pulsdauermoduliert und verstärkt worden ist, ausgibt. Das Impuls-Signalweist eine lenkbelastungsabhängige und eine geschwindigkeits­ abhängige Charakteristik auf, so daß, wenn das Lenkrad betätigt wird, das jeweilig benötigte Maß der Kraftunter­ stützung erzeugt werden kann. In dem oben erklärten Lenk­ hilfe-Mechanismus mit elektrischem Antrieb wird der von der im Fahrzeug eingebauten Batterie erhaltene Ansteuer­ strom des kraftunterstützenden Motors durch den elektro­ nischen Steuerkreis gesteuert. Wenn das Fahrzeug mit re­ lativ hoher Geschwindigkeit und geringer Lenkbelastung fährt, wird der Ansteuerstrom auf einer sehr geringen Größe gehalten. Wohingegen er auf einen ziemlich großen Wert ansteigt, wenn das Fahrzeug langsam fährt oder sogar steht. Folglich treten dadurch Probleme derart auf, daß, wenn der Lenkeinschlag andauernd in der Nähe der Enden des Zahnstangen-Hubbereiches eines Lenkhilfe-Mechanismus ge­ halten wird, der von dem elektronischen Steuerkreis und dem Motor verursachte Stromverbrauch derart ansteigt, daß die im Fahrzeug eingebaute Batterie übermäßig entladen wird und des weiteren die Wicklungen des kraftunterstüt­ zenden Motors überhitzt werden können.

Die vorliegende Erfindung beseitigt solche oben aufgeführ­ te Probleme. Gemäß der Erfindung wird ein Lenkhilfe-Mecha­ nismus mit elektrischem Antrieb vorgeschlagen, der eine Vorrichtung aufweist, die den Ansteuerstrom eines kraft­ unterstützenden Motors allmählich reduziert, und zwar in einem Zustand, in welchem die Kraftunterstützung bei einer hohen Lenkbelastung und der Lenkeinschlag in der Nähe der Enden des Zahnstangen-Hubbereiches andauernd gehalten wer­ den.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Lenkhilfe-Mechanismus, insbesondere für Zahnstangenlenkungen, mit elektrischem Antrieb, der einen elektronischen Steuerkreis aufweist, der derart aus­ gelegt ist, den an den kraftunterstützenden Motor anzule­ genden Ansteuerstrom, der eine lenkbelastungsabhängige und/oder eine fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Charak­ teristik aufweist, zu steuern. Des weiteren enthält der Lenkhilfe-Mechanismus einen Annäherungs-Fühler, der die an den beiden Enden des Zahnstangen-Hubbereiches befind­ lichen Positionen bei einer Lenkbewegung ermittelt. Eben­ falls in dem Lenkhilfe-Mechanismus enthalten ist eine Vorrichtung, die den Motor-Ansteuerstrom in Abhängigkeit des vom Annäherungs-Fühler ermittelten Signales reduziert.

Wenn die Nähe der Endstellungen des Zahnstangen-Hubberei­ ches vom Annäherungs-Fühler zu einem Zeitpunkt ermittelt wird, bei dem das Fahrzeug bei einer sehr geringen Ge­ schwindigkeit oder sogar im Stand gelenkt wird, wird die Reduziervorrichtung, die eine Zeitkonstanten-Schaltung enthält, erfindungsgemäß veranlaßt, den elektronischen Steuerkreis mit einer zeitverzögerungsbehafteten Reduzier- Charakteristik zu versehen. Des weiteren ist der elektro­ nische Steuerkreis derart ausgebildet, den Motor-Ansteuer­ strom so zu steuern, daß er, wenn der Lenkeinschlag in der Nähe der Endstellungen des Zahnstangen-Hubbereiches gehal­ ten wird, auf einem relativ geringen Niveau innerhalb eines optimalen Niveaubereiches gehalten werden kann.

Weil der Motor-Ansteuerstrom so reduziert werden kann, daß er, wenn der Lenkeinschlag in der Nähe der Endstellun­ gen des Zahnstangen-Hubbereiches gehalten wird, auf einem relativ geringen Niveau innerhalb des optimalen Niveaube­ reiches gehalten wird, wenn das Lenkrad bei einer sehr geringen Fahrzeuggeschwindigkeit oder sogar im Stand be­ tätigt wird, kann die Nennstromgröße für den Leistungs­ teil des elektronischen Steuerkreises und für den kraft­ unterstützenden Motor erfindungsgemäß auf ein so niedriges Niveau gesetzt werden, daß ein wirtschaftlicher Stromver­ brauch erzielt wird und sowohl eine übermäßige Erwärmung des kraftunterstützenden Motors als auch eine übermäßige Entladung der im Fahrzeug eingebauten Batterie verhindert wird. Durch die Erfindung werden die beim Stand der Tech­ nik angetroffenen Probleme gelöst.

Da der Motor-Ansteuerstrom, wenn die Nähe der Enden des Zahnstangen-Hubbereiches erreicht ist, allmählich ent­ sprechend der Charakteristik des Zeitverzögerungsgliedes reduziert werden kann, kann der Übergang in den Strombe­ grenzungszustand sanft erfolgen und es können Lenkstöße auf das Lenkrad vermieden werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenkhilfe- Mechanismus mit elektrischem Antrieb mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die den Ansteuer­ strom des kraftunterstützenden Motors reduziert;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das eine Ausführungform der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung darstellt; und

Fig. 3 eine Kennlinie, welche die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

In Fig. 1 ist ein Lenkhilfe-Mechanismus dargestellt, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist, um den Ansteuerstrom, der an einen Motor 7 zur Kraftunterstüt­ zung anzulegen ist, zu reduzieren.

Ein Lenkrad 1 ist mittels einer Lenkwelle 2 mit einem in einem Getriebegehäuse 3 befindlichen Ritzel 20 (Fig. 2) verbunden. Eine Drehbewegung des Lenkrades 1 wird von einer mit dem Ritzel 20 in Kämmeingriff befindlichen Zahnstange 25 (Fig. 2) auf eine Spurstange 4 übertragen. Des weiteren werden ein Lenkbelastungs-Signal von einem Drehmoment- Fühler 5 in Abhängigkeit von der Lenkbelastung und ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal von einem Geschwindig­ keits-Fühler 6 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindig­ keit erzeugt. Diese Signale werden einem elektronischen Steuerkreis 8 zugeführt, der derart ausgelegt ist, daß er den Ansteuerstrom des kraftunterstützenden Motors 7 steuert.

Die grundsätzliche Konstruktion eines elektronischen Steuer­ kreises 8 ist bekannt. Der elektronische Steuerkreis 8 ist derart gestaltet, daß das Ausgangs-Frequenzsignal des Ge­ schwindigkeits-Fühlers 6 an einen Frequenz-Spannungs-Umfor­ mer angelegt und das umgeformte Spannungs-Signal in einem Komparator mit einem Referenz-Signal eines Referenz-Oszil­ lators verglichen wird. Ein vom Drehmoment-Fühler 5 erhal­ tenes analoges Signal wird von einem Impulsformer umgeformt und im Komparator mit dem geschwindigkeitsabhängigen Span­ nungs-Signal kombiniert. Als Ausgangssignal wird ein puls­ dauermoduliertes, verstärktes Impuls-Signal erhalten, das eine von der Lenkbelastung und der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Charakteristik aufweist. Mit 9 sind die Anschluß­ klemmen der im Fahrzeug eingebauten Batterie bezeichnet.

Ein Ausgangssignal bzw. ein Motor-Ansteuer-Signal des elek­ tronischen Steuerkreises 8 wird dem Motor 7 zugeführt. Die vom Motor 7 erzeugte Drehbewegung erzeugt einen axialen Schub auf die Zahnstange 25, um mittels eines geeigneten Übertragungsmechanismus lenken zu können, wodurch eine Kraftunterstützung erreicht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Getriebegehäuse 3 des weiteren einen Annäherungs-Fühler 10 (s. Fig. 1) auf, um die an den beiden Enden des Zahnbereichs der Zahnstange 25 angrenzenden Stellungen zu ermitteln. Das ermittelte Signal wird zum elektronischen Steuerkreis 8 übertragen.

In Fig. 2 ist in einem Blockschaltbild eine Motorstrom-Ab­ steuer-Vorrichtung dargestellt, die sich in dem in Fig. 1 gezeigten elektronischen Steuerkreis 8 befinden kann. Des weiteren ist in Fig. 2 schematisch ein Strukturdiagramm des Drehmoment-Fühlers 5 und des Annäherungs-Fühlers 10, beide im Getriebegehäuse 3 befindlich, dargestellt.

Innerhalb des elektronischen Steuerkreises 8 wird das vom Drehmoment-Fühler 5 erhaltene Ausgangssignal, das von der Drehung des mittels der Lenkwelle 2 mit dem Lenkrad 1 ver­ bundenen Ritzels 20 abhängt, über den Drehmoment-Signal- Verstärker 21 zu einem Ausgangs-Kreis 22 für den Ansteuer­ strom des Motors 7 übermittelt. Diesem einen Pulsdauermo­ dulations-Kreis enthaltenden Ausgangs-Kreis 22 wird des weiteren das Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal des Geschwin­ digkeits-Fühlers 6 übermittelt. Dadurch kann der elektro­ nische Steuerkreis 8 den Motor 7 mit dem Ansteuerstrom speisen, der die bereits erklärte lenkbelastungsabhängige und fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Charakteristik auf­ weist.

Ein in Fig. 2 mit 23 bezeichneter Annäherungs-Fühler ist gebildet aus einer Kombination einer relativ kleinen elek­ tromagnetischen Spule oder eines Permanentmagneten, beide zum Nachweisen eines magnetischen Teiles geeignet, und eines Schaltelementes (z.B. eine Kombination, bestehend aus einer integrierten Hall-Schaltung (Hall IC) und einem Leistungsrelais). Dieser Annäherungsfühler 23 (Fig. 2) ist in ein Halterungs-Joch 24 eingebettet, das an die Zahn­ stange 25 drückt. Die Zahnstange 25 weist Aussparungen 26 a und 26 b auf, worauf der Annäherungs-Fühler 23 anspricht. Die Aussparungen 26 a und 26 b befinden sich unmittelbar vor und angrenzend an den Enden des Hubbereiches der Zahnstan­ ge 25. Daher kann, nach Betätigen des Lenkrades, durch Er­ reichen der Enden des Hubbereiches, oder wenn die Ausspa­ rungen 26 a und 26 b sich genau gegenüber dem Annäherungs- Fühler 23 befinden, ein elektrisches Melde-Signal erzeugt werden.

Dieses vom Annäherungs-Fühler 23 gelieferte Melde-Signal aktiviert einen Verarbeitungs-Kreis 27 für das Zahnstangen­ enden anzeigende Melde-Signal, wie z.B. ein Schmitt-Trigger- Kreis. Das davon erhaltene Ausgangssignal startet eine Zeitkonstanten-Schaltung 28.

Ein Motorstrom-Absteuerkreis 29 ist mit den Ausgängen der Zeitkonstanten-Schaltung 28 und des Drehmomentsignal-Ver­ stärkers 21 verbunden. Wenn der Drehmomentsignal-Verstärker 21 ein Lenkbelastungs-Signal ausgibt, wenn also das Lenkrad 1 betätigt wird, übermittelt der Motorstrom-Absteuerkreis 29 zum Ausgangs-Kreis 22 ein Motorstrom-Absteuersignal, das von einem Verzögerungs-Ausgangssignal der Zeitkonstanten- Schaltung 28 abhängt. Dadurch werden Stromreduzierungscha­ rakteristiken erhalten, die den Ansteuerstrom des Motors 7 zeitverzögern oder allmählich reduzieren lassen.

Fig. 3 stellt die Kennlinie des Motor-Ansteuerstromes als Funktion des Lenkungsausschlages dar.

Wenn z.B., wie dargestellt, eine Lenkbewegung nach rechts durchgeführt wird, wird bei einem bisher üblichen Mechanis­ mus der Ansteuerstrom derart erhöht, daß die Zahnstange 25 des Lenkhilfe-Mechanismus das Ende E des Zahnstangenberei­ ches erreicht, wobei, falls diese Lenkstellung weiter bei­ behalten wird, eine relativ hohe Lenkkraft aufrechterhalten wird, was zu einer übermäßigen Entladung der Batterie führt (siehe auch die gestrichelte Linie in Fig. 3).

Im Gegensatz dazu aktiviert bei der vorliegenden Erfindung das Melde-Signal, das erhalten wird, wenn der Annäherungs­ fühler 10 (Fig. 1) eine Stellung der Zahnstange 25 angren­ zend an einem Ende ihres Hubbereiches, oder z.B. die Stel­ lung in der Nähe des rechten Endes des Hubbereiches am Punkt P ermittelt, den Verarbeitungskreis 27 und dann die Zeitkonstanten-Schaltung 28 des elektronischen Steuerkrei­ ses 8. Als Folge daraus reduziert der Motorstrom-Absteuer­ kreis 29 allmählich den Ansteuerstrom des Motors 7 (siehe die Kurve PQ in Fig. 3).

Die Größe des Ausgangssignals des Motorstrom-Absteuerkrei­ ses 29 ist so vorbestimmt, daß die Kraftunterstützung nicht verlorengeht, wenn der Lenkeinschlag weiter beibehalten wird. Demgemäß wird danach der Motor-Ansteuerstrom, der zeitverzögert oder allmählich reduziert worden ist, auf einem relativ geringen, vorbestimmten Niveau gehalten (also einem Zustand reduzierter Lenkhilfe).

Claims (2)

1. Lenkhilfe-Mechanismus, insbesondere für Zahnstangen­ lenkungen, mit elektrischem Antrieb mit:
einem elektronischen Steuerkreis, der derart ausgelegt ist, einen Motor-Ansteuerstrom, der an einem kraftunter­ stützenden Motor anzulegen ist, in Abhängigkeit von einer Lenkbelastungs- und/oder Fahrzeuggeschwindigkeits-Charak­ teristik zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Annäherungs-Fühler vorgesehen ist, der dazu ausgelegt ist, die Stellungen angrenzend an die Enden des Zahnstan­ gen-Hubbereiches zu ermitteln; und
Mittel vorhanden sind, die den Motor-Ansteuerstrom an­ sprechend auf das vom Annäherungs-Fühler ermittelte Si­ gnal mit einer Reduzier-Charakteristik behaften.

2. Lenkhilfe-Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zur Bereitstellung einer Reduzier-Charakteristik einen Zahnstangenende-Meldesignal- Verarbeitungskreis, eine Zeitkonstanten-Schaltung und einen Motorstrom-Absteuerkreis, der derart ausgelegt ist, den Motor-Ansteuerstrom auf ein vorbestimmtes Niveau zu reduzieren, aufweisen, und daß die Zeitkonstanten-Schal­ tung, wenn das vom Annäherungs-Fühler ermittelte Signal den Motorstrom-Absteuerkreis aktiviert, den Motor-Ansteuer­ strom, der vom Motorstrom-Absteuerkreis reduziert wird, mit einer zeitverzögerungsbehafteten Charakteristik ver­ sieht.