DE3741581A1 - Elektrische lenkhilfevorrichtung mit motorbremsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lenkhilfevorrichtung, bei welcher die Lenkhilfe durch einen Elektromotor erzeugt wird, insbesondere eine elektrische Lenkhilfevorrichtung mit einer Motorbremsfunktion, durch welche die Giercharakteristik der Lenkung verbessert wird. Gierbewegungen können auftreten, wenn in einem mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeug ein Lenkvorgang plötzlich beendet wird und der elektrische Lenkhilfemotor durch Massenträgheit seiner beweglichen Teile weiterdreht.

Bei Lenkhilfevorrichtungen mit elektrischem Lenkhilfemotor wurde bereits vorgeschlagen, zur Verminderung des Drehmoments beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit den Motor zu bremsen. Eine solche Lenkhilfevorrichtung ist beispeilsweise in der JP-OS 59-1 30 781 (1984) beschrieben.

Wenn bei einer solchen Lenkhilfevorrichtung eine Last an die Motorwicklung angeschaltet wird, fließt in der Wicklung ein Strom, welcher der Größe der Last entspricht. Es wird eine Kraft erzeugt, die der von außen aufgebrachten Kraft entge­ gengesetzt ist, nämlich eine Bremskraft (Abbremsen durch Krafterzeugung). Durch Anwendung dieser Bremskraft wird das Lenk-Drehmoment so gesteuert, daß es mit einem Referenzwert übereinstimmt. Bei praktischen Ausführungen wird durch Puls­ dauersteuerung, welche die Zeitdauer bestimmt, während wel­ cher ein resistives Element als Last an den Motor angeschlos­ sen ist, die Bremskraft entsprechend den Lenkbedingungen ein­ gestellt.

Bei einer herkömmlichen Lenkhilfemotor-Bremsschaltung wird ein pulsbreitenmoduliertes Signal, welches das Lenk-Drehmo­ ment anzeigt, eingestellt, damit der geeignete Bremsstrom durch ein resistives Element fließen kann. Wenn bei Verwen­ dung einer solchen Lenkhilfemotor-Bremsschaltung das Lenkrad bei einem Lenkmanöver plötzlich angehalten wird, so ist die elektrische Leistung, welche durch Weiterdrehung des Motors aufgrund der Massenträgheit seiner beweglichen Bestandteile und der Gegenbewegung der Zahnstange des Lenkmechanismus erzeugt wird, relativ gering. Diese elektrische Leistung, d.h. der Bremsstrom, kann nicht in einem ausreichenden Maße durch ein resistives Element absorbiert werden, so daß Gier­ bewegungen des Fahrzeugsaufbaus auftreten, wodurch das Lenk­ verhalten und das Lenkgefühl am Lenkrad stark beeinträchtigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Lenkhil­ fevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mit einer Lenk­ hilfemotor-Bremsschaltung versehen ist, die eine starke Motorhemmung bewirken kann, um so Gierbewegungen des Fahr­ zeugaufbaus zu vermeiden, wenn bei schneller Fahrt ein Lenk­ vorgang plötzlich angehalten wird.

Die elektrische Lenkhilfevorrichtung nach der Erfindung weist eine elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung des Lenkhilfemotors entsprechend dem Betriebszustand auf; diese elektronische Steuerschaltung ist mit einer Bremssteuerschal­ tung versehen, die einen Kurzschluß zwischen den beiden Motoranschlüssen herstellt, wenn ein Lenkvorgang plötzlich beendet wird, während das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit fährt, die höher als ein voreingestellter Wert ist.

Gemäß der Erfindung bewirkt die Bremssteuerschaltung einen Kurzschluß zwischen den beiden Motoranschlüssen ansprechend auf den Fahrzustand des Fahrzeugs, insbesondere ansprechend auf eine Fahrgeschwindigkeit, die höher als ein voreingestell­ ter Wert ist, um den Lenkvorgang zu beenden. Die von dem Motor erzeugte elektrische Energie wird somit unverzögert und optimal als Bremsenergie ausgenutzt, um die durch Massen­ trägheit verursachte Weiterdrehung des Motors schnellstmög­ lich zu unterbinden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer praktischen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Konzeption einer elektrischen Lenkhilfevorrichtung unter Verwendung eines Lenkhilfemotors, der durch eine Schaltung nach Fig. 1 angesteuert wird;

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild eines Teils der Schal­ tung nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungswei­ se der Schaltungen nach den Fig. 1 und 3; und

Fig. 5 charakteristische Kurven, welche die Drehbewegungs­ größe des Lenkhilfemotors als Funktion der Zeit zeigen, um die herkömmliche Lenkhilfevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen vergleichen zu können.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer elektrischen Lenk­ hilfevorrichtung, bei welcher ein Lenkhilfemotor verwendet wird.

Die Betätigung eines Lenkrades 20 wird über eine Lenkwelle 21 auf ein (nicht näher gezeigtes) Zahnstangen-Lenkgetriebe in einem Lenkgetriebegehäuse 22 übertragen und über die Spurstangen 23, 23′ auf die Räder 24, 24′ aufgebracht. Wäh­ rend des Fahrbetriebs wird ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal durch einen Geschwindigkeitssensor 25 erfaßt; ferner wird ein Drehmomentsignal durch einen Drehmomentsensor 28 erzeugt, welches dem Lenk-Drehmoment entspricht. Das Geschwindigkeits­ signal und das Drehmomentsignal werden einer elektronischen Steuerschaltung 10 zugeführt. Der Antriebsstrom eines Lenk­ hilfemotors 27 wird so gesteuert, daß die Lenkkraft entspre­ chend dem Fahrzustand geeignet unterstützt wird.

Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm eine praktische Ausbildung der elektronischen Steuerschaltung 10 nach Fig. 2. Diese ist mit der erfindungsgemäßen Bremsfunktion versehen.

Der grundlegende Aufbau der elektronischen Steuerschaltung 10 ist an sich bereits bekannt. Er wird nachfolgend aber noch kurz erläutert.

Das durch den Geschwindigkeitssensor 25 erzeugte Fahrzeugge­ schwindigkeitssignal wird durch einen Pulsformer 11 in Impul­ se umgesetzt. Ferner wird die Frequenz der Fahrzeuggeschwin­ digkeitsimpulse durch einen Frequenz/Spannungs-Umsetzer 12 in ein Spannungssignal umgesetzt. Das durch den Drehmoment­ sensor 26 erzeugte Drehmomentsignal wird durch einen Ver­ stärker 13 verstärkt und anschließend an eine Lenkrichtungs- Diskriminierschaltung 14 angelegt, um die Lenkrichtung des Lenkrades 20 festzustellen. Die Diskriminierschaltung 14 gibt ein Drehmoment/Richtungs-Signal aus, das eine Kombina­ tion des Drehmomentsignals und des Lenkrichtungssignals ist; ferner gibt sie das Lenkrichtungssignal aus. Eine Vor/Rück­ drehungs-Schaltsteuerschaltung 15, die dem Lenkhilfemotor 27 zugeordnet ist, gibt ein Vor/Rückdrehungs-Schaltsignal an einen Pulsdauermodulator 16 ansprechend auf das Lenkrichtungs­ signal aus der Diskriminierschaltung 14 aus. Die Schaltsteuer­ schaltung 15 liefert ferner ein Vor- oder Rücksteuersignal (C oder D in Fig. 4) an eine Ausgangsleitung C bzw. D. Der Modulator 16 empfängt das Fahrzeuggeschwindigkeits-Spannungs­ signal aus dem Frequenz/Spannungs-Umsetzer 12 und das Dreh­ moment/Richtungssignal aus der Lenkrichtungs-Diskriminier­ schaltung 14. Ansprechend auf das Vor/Rückdrehungs-Schaltsi­ gnal aus der Schaltsteuerschaltung 15 gibt ferner der Puls­ dauermodulator 18 selektiv auf eine Ausgangsleitung A oder B ein Vor- oder Rückdrehungs-Pulsdauermodulationssignal (A oder B in Fig. 4) aus, welches die Fahrzeuggeschwindigkeits- Ansprechcharakteristik und die Lenkansprechcharakteristik aufweist. Ansprechend auf ein pulsdauermoduliertes Vorwärts- Signal aus dem Pulsdauermodulator 18 und auf ein Vorwärtsdre­ hungs-Steuersignal aus der Schaltsteuerschaltung 15 gibt eine Leistungs-Brückenschaltung 17 ein elektrisches Stromsi­ gnal ab, um eine Vorwärtsdrehung des Lenkhilfemotors 27 zu bewirken. Ansprechend auf ein pulsdauermoduliertes Rückdre­ hungssignal aus dem Modulator 18 und auf ein Rückdrehungs- Steuersignal aus der Schaltsteuerschaltung 15 gibt hingegen die Leistungs-Brückenschaltung 17 ein Stromsignal ab, durch welches der Lenkhilfemotor 27 in Rückwärtsrichtung antreibt.

Eine Bremssteuerschaltung 30 ist vorgesehen, um Gierbewegun­ gen des Fahrzeugaufbaus aufgrund von durch Massenträgheit verursachter Weiterdrehung des Lenkhilfemotors 27 zu verhin­ dern, wobei diese Weiterdrehung des Motors auftreten kann, wenn ein Lenkmanöver bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahr­ zeugs plötzlich angehalten wird. Die Bremssteuerschaltung 30 enthält einen Fahrzeuggeschwindigkeitskomparator 31, eine Inverterschaltung 32, eine Torschaltung (NAND) 33 und eine Brems-Ansteuerschaltung 34.

Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform der Bremssteuer­ schaltung 30 nach Fig. 1. Insbesondere sind die Brems-An­ steuerschaltung 34 und die Ausbildung der Leistungs-Brücken­ schaltung 17 dargestellt. Die Brems-Ansteuerschaltung 34 enthält Fotokoppler P ₁ und P ₂ sowie eine in beiden Stromfluß­ richtungen wirksame Stromflußschaltung 35, die aus durch die Fotokoppler angesteuerten Leistungstransistoren Q ₁ bis Q ₄ aufgebaut ist. Die Leistungs-Brückenschaltung 17 enthält Transistoren Q _A , Q _B , Q _C und Q _D sowie Dioden D _A , D _B , D _C und D _D , die jeweils zu den Transistoren parallelgeschaltet sind.

Wenn das pulsdauermodulierte Vorwärtsdrehungs-Signal auf der Ausgangsleitung A des Modulators 18 ausgegeben wird und gleichzeitig das Vorwärtsdrehungs-Steuersignal auf der Aus­ gangsleitung D der Schaltsteuerschaltung 15 auftritt, werden die Transistoren Q _A und Q _D der Leistungs-Brückenschaltung 17 leitend gesteuert. Ein Antriebsstrom fließt vom positiven Anschluß der Stromquelle, um den Lenkhilfemotor 27 in Vor­ wärtsrichtung anzusteuern. Wenn hingegen das pulsdauermodu­ lierte Rückdrehungs-Signal auf der Ausgangsleitung B des Modulators 18 ausgegeben wird und gleichzeitig das Rückdre­ hungs-Steuersignal in der Ausgangsleitung C der Schaltsteuer­ schaltung 15 erscheint, werden die Transistoren Q _B und Q _C der Leistungs-Brückenschaltung 17 leitend gesteuert. Es fließt dann ein Strom zu dem Lenkhilfemotor 27, um eine Rückdrehung zu bewirken.

Wenn das von dem Frequenz/Spannungs-Umsetzer 12 abgegebene Fahrzeuggeschwindigkeitssignal eine Referenzspannung über­ schreitet, die einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit (z.B. 20 km/h) entspricht, die zuvor am Fahrzeuggeschwindigkeits­ komparator 31 eingestellt wurde, gibt dieser Komparator ein Ausgangssignal, nämlich in diesem Falle ein Logiksignal auf hohem Pegel (S in Fig. 4) aus, welches durch die Inverter­ schaltung 32 invertiert wird. Ein Logiksignal auf niedrigem Pegel wird daher dem ersten Eingangsanschluß der Torschal­ tung 33 zugeführt.

Wenn im Fahrzustand des Fahrzeugs ein Lenkmanöver durchge­ führt wird, beispielsweise in einer Richtung, die einer Vorwärtsdrehung des Lenkhilfemotors entspricht, und wenn die Lenkbewegung dann plötzlich angehalten wird, so verschwindet auch das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 28. Ansprechend auf das Verschwinden des Drehmoment/Richtungssignals aus der Lenkrichtungs-Diskriminierschaltung 14 verschwindet auch das pulsdauermodulierte Vorwärtsdrehungs-Signal auf der Ausgangs­ leitung A des Modulators 18. Gleichzeitig wird die Ausgangs­ leitung D der Schaltsteuerschaltung 15 auf niedrigem Logik­ pegel ansprechend auf das Verschwinden des Lenkrichtungssi­ gnals aus der Diskriminierschaltung 14 gesetzt (die Ausgangs­ leitung C liegt auf niedrigem Logikpegel).

Die Transistoren Q _A und Q _D der Leistungs-Brückenschaltung 17, durch welche der Lenkhilfemotor in Vorwärtsrichtung an­ getrieben wurde, werden somit nichtleitend. Die Stromzufuhr zu dem Lenkhilfemotor wird unterbunden, wobei dieser Lenkhil­ femotor unmittelbar anschließend einen elektrischen Strom erzeugt.

Gleichzeitig liegen alle Eingänge der Torschaltung 33 auf niedrigem Logikpegel, wie oben erwähnt, so daß ein Logiksignal auf hohem Pegel als Bremssteuersignal an die Brems-Ansteuer­ schaltung 34 gelangt. Dieses Bremssteuersignal steuert die Fotokoppler P ₁ und P ₂ an, wodurch die in beiden Stromflußrich­ tungen wirksame Stromflußschaltung 35 leitend gesteuert wird.

Die beiden Anschlüsse des Lenkhilfemotors 27 werden also kurzgeschlossen, so daß der vom Lenkhilfemotor abgegebene Generatorstrom unmittelbar als Bremsstrom (G in Fig. 4) ausgenutzt wird.

Oben wurde der Fall beschrieben, daß ein Lenkmanöver in Vorwärtsdrehrichtung plötzlich angehalten wurde. Bei einer Rückwärtsdrehung, bei welcher die Transistoren Q _A und Q _C der Leistungs-Brückenschaltung 17 angesteuert werden, ist natür­ lich die analoge Funktionsweise gewährleistet, wenn ein Lenkmanöver plötzlich beendet wird.

Fig. 5 zeigt typische Kurven für die Drehbewegungsgröße in Abhängigkeit von der Zeit. Die herkömmliche Lenkhilfevorrich­ tung ist der erfindungsgemäßen gegenübergestellt.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Lenkhilfevorrichtung ein Lenkmanöver in einem mit relativ hoher Geschwindigkeit fah­ renden Fahrzeug beendet wird, werden beide Anschlüsse des Lenkhilfemotors direkt über eine Halbleiter-Stromflußschal­ tung kurzgeschlossen, wodurch die auf Massenträgheit beruhen­ de Drehbewegung stark und augenblicklich abgebremst wird. Auf diese Weise werden Gierbewegungen des Fahrzeugaufbaus, die auf Massenträgheit des Lenksystems beruhen, wirksam verhindert. Auf diese Weise wird das Lenkverhalten bei rela­ tiv hoher Geschwindigkeit erheblich verbessert.

Claims (2)

1. Elektrische Lenkhilfevorrichtung mit einer elektrischen Steuerschaltung zur Abgabe eines Ansteuersignals, welches eine auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechende Charakte­ ristik und eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenk- Drehmoment und der Lenkrichtung abhängige Lenkansprechcharak­ teristik aufweist, sowie mit einem Lenkhilfemotor, der durch das Ansteuersignal ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerschaltung (10) eine Bremssteuer­ schaltung (30) aufweist, die bei Beendigung eines Lenkvorgan­ ges und Beendigung des Ansteuersignals für den Lenkhilfemotor (27), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert überschreitet, einen Kurzschluß zwischen den beiden Anschlüssen des Lenkhilfemotors (27) herstellt.

2. Lenkhilfevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremssteuerschaltung (30) enthält:
einen Fahrzeuggeschwindigkeitskomparator (31), an den ein Referenzwert angelegt ist, welcher dem vorbestimmten Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht;
eine Torschaltung (33), die ein Bremssteuersignal ansprechend auf ein Ausgangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitskompara­ tors (31) und die Beendigung des Lenkvorganges ausgibt; und
eine Brems-Ansteuerschaltung (34), die zur Herstellung des Kurzschlusses zwischen den beiden Anschlüssen des Lenkhilfe­ motors (27) ansprechend auf das Bremssteuersignal ausgebil­ det ist.