DE3817602A1 - Elektrisches kraftlenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kraftlenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere dreht es sich hierbei um ein Kraftlenksystem für ein Kraftfahrzeug und zwar zum Steuern bzw. Regeln eines Mo­ tors in Übereinstimmung mit der Drehung eines Lenkrades.

Ein elektrisches Kraftlenksystem umfaßt einen Drehmomentfühler zum Messen des Drehmomentes, das in der Lenkwelle wirkt. Das System ist so ausgebildet, daß ein Unterstützungssignal abge­ geben wird, um die Drehrichtung und das Drehmoment eines Mo­ tors in Abhängigkeit von einem Drehmomentsignal vom Sensor zu regeln. Dieses System ist aus dem japanischen Patent 45-41 246 bekannt. Die Antwort des Lenksystems und die Rück­ kehrfähigkeit des Lenkrades können über die Trägheit des Motors, Reibung im Übersetzungsgetriebezug des Systems und durch andere Faktoren gestört werden.

Aus der US 46 64 211 ist ein Regelsystem bekannt, das die beschriebenen Nachteile vermeiden soll. Das System soll ein Unterstützungssignal in Abhängigkeit vom Torsionsmoment­ signal aus dem Torsionsmomentfühler und von der Kraft­ fahrzeuggeschwindigkeit abgeben. Ein Rückstellmomentsignal wird abhängig vom Ausgangssignal eines Lenkwinkelfühlers abgegeben, um das Lenkrad in seine neutrale Position zu­ rückzubringen. Ein Dämpfungssignal ist vorgesehen, das von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades abhängt. Diese Signale werden zur Steuerung des Motors addiert.

Wenn die Dämpfungskraft zur Stabilisierung des Lenkrades bei hohen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten auf einen großen Wert gesetzt wird, so wird in einem solchen System die Konvergenz des Lenkrades bei niedrigen Geschwindigkeiten gestört. Wenn andererseits die Dämpfungskraft so ausge­ wählt ist, daß die Konvergenz bei niedrigen Fahrgeschwin­ digkeiten verbessert wird, wird eine lange Konvergenzzeit bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten benötigt.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System der ein­ gangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Konvergenz des Lenkrades in einem weiten Fahrzeuggeschwin­ digkeitsbereich verbessert wird.

Es wird ein elektrisches Kraftlenksystem vorgeschlagen, das mit einem Motor ausgestattet ist, der in Wirkverbin­ dung mit einem Lenksystem zur Verkleinerung der Lenkbe­ tätigungskraft verbunden ist. Ein Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor ist vorgesehen, der ein Kraftfahrzeuggeschwin­ digkeitssignal abgibt. Ein Torsionsmomentsensor ist vor­ gesehen, der das Torsionsmoment abtastet, das in einem Lenksystem beim Lenken entsteht. Unterstützungsmittel sind vorgesehen, die auf das Ausgangssignal des Torsionsmoment­ fühlers hin ein Unterstützungssignal abgeben. Weiterhin sind Treibermittel vorgesehen, die auf das Unterstützungs­ signal hin ein Antriebssignal für den Motor abgeben.

Das System umfaßt Mittel zum Abtasten der Winkelgeschwin­ digkeit, die in Übereinstimmung mit der Drehung des Lenk­ rades hin ein Winkelgeschwindigkeitssignal abgeben, das die Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades repräsentiert. Es sind Dämpfungsmittel vorgesehen, die auf das Winkelge­ schwindigkeitssignal hin ein Dämpfungssignal abgeben, das eine umgekehrte Polarität bezüglich der Drehrichtung des Lenkrades aufweist. Es sind Mittel vorgesehen, die auf das Kraftfahrzeuggeschwindigkeitssignal hin das Dämpfungs­ signal mit der Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um­ fassen die zweiten Mittel eine Nachschlagetabelle, in wel­ cher eine Vielzahl von Koeffizienten gespeichert sind, sowie Multiplizierermittel zum Multiplizieren des Dämpfungs­ signales mit einem Koeffizienten, der von der Nachschlage­ tabelle ausgelesen wurde.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kraft­ lenksystems, das mit der erfindungsgemäßen An­ ordnung ausgestattet werden kann;

Fig. 2a und 2b Blockdiagramme bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Kennlinie ei­ nes Dämpfungssignales; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Dämpfungs­ signal-Korrekturkoeffizienten, der von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit abhängt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das hier gezeigte Lenksystem 1 eine Zahnstangenlenkung und umfaßt ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Gelenk 4, ein Getriebe 5, und eine Zahn­ stange 6. Eine weitere Anordnung 11 von Ritzel und Zahn­ stange ist für ein elektrisches Kraftlenksystem vorgesehen. Das Ritzel der Anordnung 11 steht in Eingriff mit der Zahn­ stange 6. Das Ritzel steht in Wirkverbindung mit einer Ausgangswelle 9 eines Untersetzungsgetriebes 8, das an einem Motor 7 sitzt. Ein Torsionsmomentfühler 12 ist am Getriebe 5 vorgesehen, um das Torsionsmoment auf die Lenk­ welle abzutasten. Ein Lenkwinkelfühler 13 ist an der Zahn­ stange 6 so vorgesehen, daß er die Axialbewegung der Zahn­ stange 6 entsprechend dem Lenkwinkel abtastet. Die Aus­ gänge der Fühler 12 und 13 werden einer Reglereinheit 15 zugeführt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen die Reglereinheit 15, die einen Unterstützungssignalabschnitt 22, einen Hilfsunter­ stützungssignalabschnitt 23, einen Rückstellsignalabschnitt 24, einen Dämpfungssignalabschnitt 26 und einen Antriebs­ steuerabschnitt 25 umfaßt.

Der Unterstützungssignalabschnitt 22 umfaßt den Torsions­ momentfühler 12 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 33. Der Torsionsmomentfühler 12 gibt ein Ausgangssignal ab, das dem Torsionsmoment und der Torsionsrichtung der Lenkwelle entspricht. Das Ausgangssignal des Fahrzeugge­ schwindigkeitsfühlers 33 wird einem Additionskoeffizien­ einstellabschnitt 34 und einem Multiplikationskoeffizien­ teneinstellabschnitt 36 zugeführt. Das Additionskoeffi­ zientensignal vom Abschnitt 34 nimmt mit steigender Fahr­ zeuggeschwindigkeit ab. Die Ausgangssignale des Torsions­ momentfühlers 12 und des Additionskoeffizienteneinstell­ abschnittes 34 werden in einem Summierabschnitt 35 addiert, dessen Ausgangssignal einem Unterstützungssignalerzeu­ gungsabschnitt 32 zugeführt wird. Das vom Abschnitt 32 stammende Unterstützungssignal entsteht dann, wenn das Torsionsmoment über einen vorbestimmten Wert steigt und weist hierbei eine Polarität auf, die von der Richtung des Torsionsmomentes in der Lenkwelle abhängt. Das Multi­ plikationskoeffizientensignal vom Abschnitt 36 nimmt da­ gegen mit wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Das Unter­ stützungssignal wird mit dem Multiplikationskoeffizienten in einem Multiplizierabschnitt 37 derart multipliziert, daß das Unterstützungssignal hierdurch eine Korrektur er­ fährt.

Der Hilfssignalunterstützungsabschnitt 23 umfaßt einen Phasenkorrekturabschnitt 51, welchem das Ausgangssignal des Torsionsmomentfühlers 12 zugeführt wird und der ein Ausgangssignal abgibt, das proportional zum Differential des Ausgangssignales aus dem Kühler 12 ist. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal des Abschnittes 51 der Änderungs­ geschwindigkeit des Torsionsmomentes entspricht. Der Aus­ gang des Phasenkorrekturabschnittes 51 wird einem Hilfsun­ terstützungssignalerzeugungsabschnitt 52 zugeführt. Wei­ terhin wird das Ausgangssignal des Abschnittes 51 zum Aus­ gangssignal des Torsionsmomentfühlers 12 addiert und dem Summierabschnitt 35 zugeführt, wodurch die Phase des Un­ terstützungssignales zur Anpassung an die Wirkung des Mo­ tors 7 korrigiert wird.

Der Rückstellsignalabschnitt 24 umfaßt den Lenkwinkelfüh­ ler 13, dessen Ausgangssignal einem Rückstellsignalerzeu­ gungsabschnitt 42 zugeleitet wird. Der Abschnitt 22 er­ zeugt ein Rückstellmomentsignal, das vom Lenkwinkel ab­ hängt.

Der Dämpfungssignalabschnitt 26 umfaßt einen Lenkwinkel- Phasenkorrekturabschnitt 61, dem das Signal aus dem Lenk­ winkelfühler 13 zugeführt wird und der ein Ausgangssignal abgibt, das proportional zum Differential des Ausgangs des Fühlers 13 ist. Ein Dämpfungssignalerzeugungsabschnitt 62 ist vorgesehen, dem das Ausgangssignal des Abschnittes 61 zugeführt wird und der ein Dämpfungssignal abgibt. Wie in Fig. 3 gezeigt, entsteht das Dämpfungssignal dann, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit einen vorbestimmten (niedrigen) Wert übersteigt und steigt mit steigender Lenk­ winkelgeschwindigkeit an. Wenn die Lenkwinkelgeschwindig­ keit einen vorbestimmten großen Wert übersteigt, so wird das Dämpfungssignal konstant. Die Polarität (Richtung) des Dämpfungssignales ist entgegengesetzt zur Polarität (Richtung) der Lenkraddrehung.

Das erfindungsgemäße System umfaßt einen Speicher in Form einer Nachschlagetabelle 63 zum Speichern von Dämpfungs­ signalkorrekturkoeffizienten. Diese Korrekturkoeffizien­ ten sind fest gespeichert. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind diese Koeffizienten so ausgewählt, daß sie eine Kurve bil­ den, deren Betrag ausgehend vom Wert Eins bei niedriger Geschwindigkeit (z.B. 5 km/h) mit steigender Fahrzeugge­ schwindigkeit ebenfalls ansteigt. Das Fahrzeuggeschwindig­ keitssignal vom Geschwindigkeitsfühler 33 wird so der Ta­ belle 63 "zugeführt", daß ein Koeffizient in Übereinstim­ mung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelesen und dem Multiplizierabschnitt 64 zugeleitet werden kann. Im Mul­ tiplizierabschnitt 64 wird das Dämpfungssignal vom Ab­ schnitt 62 mit dem Koeffizienten multipliziert, um so das Dämpfungssignal zu korrigieren. Das korrigierte Dämp­ fungssignal wird zum Rückstellmomentsignal aus dem Ab­ schnitt 42 addiert. Die Summe der beiden Signale wird ei­ nem Fahrzeuggeschwindigkeitsgatter 65 zugeführt, das dann öffnet und das Summensignal durchläßt, wenn die Fahrzeug­ geschwindigkeit einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 5 km/h, übersteigt.

Das Unterstützungssignal, das Hilfsunterstützungssignal, das Rückstellmomentsignal und die Summe des korrigierten Dämpfungssignales mit dem Rückstellmomentsignal werden addiert. Die Summe wird einem Positiv-/Negativ-Unterschei­ dungsabschnitt 16 und einem Absolutwertabschnitt 17 des Antriebssteuerabschnittes 25 zugeführt. Der Ausgang des Positiv-/Negativ-Unterscheidungsabschnittes 16 wird dem Motor 7 über einen Motortreiber 20 zugeführt. Das Ausgangs­ signal des Absolutwertabschnittes 17 wird einem Tastver­ hältnis-Steuerabschnitt 18 zugeführt, der einen Impulszug abgibt. Der Impulszug wird dem Treiber 20 so zugeführt, daß das Ausgangsmoment 7 dem Tastverhältnis des Impulszuges entsprechend gesteuert wird. Das Ausgangsmoment des Motors wird zum Tastverhältnis-Steuerabschnitt 18 über einen Laststromabtastabschnitt 19 zurückgeführt.

Wenn im Betrieb ein Torsionsmoment durch einen Lenkvorgang auftritt, so entsteht im Unterstützungssignalabschnitt 22 ein Unterstützungssignal. Die Polarität und der Absolut­ wert des Unterstützungssignales werden festgestellt. Ein Tastverhältnis wird in Übereinstimmung mit dem Absolutwert durch den Antriebssteuerabschnitt 25 festgelegt, so daß das Ausgangsmoment des Motors 7 derart gesteuert wird, daß die aufzubringende Lenkkraft vermindert wird.

Auf das Ausgangssignal des Phasenkorrekturabschnittes 51 hin erzeugt der Hilfsunterstützungssignalerzeugungsab­ schnitt ein Hilfsunterstützungssignal. Das Hilfsunter­ stützungssignal wird zum Unterstützungssignal addiert.

Der Rückstellsignalabschnitt 24 gibt ein Rückstellmoment­ signal ab. Das Rückstellmomentsignal steigt mit ansteigen­ dem Lenkwinkel bis zu einem vorbestimmten Winkel an, da­ rüber hinaus behält es einen konstanten Betrag. Wenn der Fahrer somit das Lenkrad losläßt, so dreht der Motor 7 das Lenkrad zurück.

Wenn das Lenkrad während der Fahrt schnell gedreht wird, so wird vom Lenkwinkelphasenkorrekturabschnitt 61 die Dreh­ geschwindigkeit des Lenkrades festgestellt. Der Ausgang des Abschnittes 61 wird dem Dämpfungssignalerzeugungsab­ schnitt 62 zugeführt, der ein Dämpfungssignal abgibt, das in Fig. 3 gezeigt ist. Das Dämpfungssignal weist eine zur Drehrichtung des Lenkrades umgekehrte Polarität auf. Das Dämpfungssignal wird mit dem Koeffizienten multipli­ ziert, der in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindig­ keit aus der Tabelle 63 ausgelesen wurde. Das korrigier­ te Dämpfungssignal wird zum Rückstellmomentsignal aus dem Abschnitt 42 addiert. Die Summe gelangt durch das Gatter 65 und wird dem Summenunterstützungssignal zuaddiert. Das Dämpfungssignal wirkt in umgekehrter Richtung zur Dreh­ richtung des Lenkrades, so daß Oszillationen des Lenkra­ des gedämpft werden.

Nachdem der Koeffizient mit ansteigender Fahrzeuggeschwin­ digkeit ebenfalls ansteigt, steigt auch das korrigierte Dämpfungssignal mit der Fahrzeuggeschwindigkeit an. Demzu­ folge wird die Konvergenz des Lenkrades über den gesam­ ten Geschwindigkeitsbereich der Fahrzeuggeschwindigkeit verbessert.

Wie aus obiger Beschreibung ersichtlich, bezieht sich die Erfindung nicht nur auf eine Vorrichtung, sondern eben­ falls auf ein Verfahren, wie man vorliegende Meßgeber­ werte (Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkmoment) auswerten muß, um ein verbessertes Lenkverhalten zu er­ zielen.

Claims (3)

1. Elektrisches Kraftlenksystem mit einem Motor (7), der in Wirkverbindung mit einem Lenksystem (1) zur Reduktion der aufzubringenden Lenkkraft angeordnet ist, mit einem Fahr­ zeuggeschwindigkeitsfühler (33), der ein Fahrzeuggeschwin­ digkeitssignal abgibt, mit einem Torsionsmomentfühler (12), der das Torsionsmoment abtastet, welches im Lenksystem beim Lenken entsteht, mit Unterstützungsmitteln (32), die auf das Ausgangssignal des Torsionsmomentfühlers (12) hin an­ sprechen und ein Unterstützungssignal abgeben, mit An­ triebsmitteln (25), die auf das Unterstützungssignal hin ein Signal zum Treiben des Motors (7) abgeben, mit einem Lenkwinkelfühler (13), welcher den Lenkwinkel eines Lenk­ rades (2) abtastet und ein Lenkwinkelsignal abgibt, mit Rückstellmitteln (42), die auf das Lenkwinkelsignal hin den Motor (7) so betreiben, daß dieser das Lenkrad (2) zurückstellt, gekennzeichnet durch Winkelgeschwindigkeits-Abtastmittel (61), die auf die Drehung des Lenkrades (2) hin ein Winkelgeschwindig­ keitssignal abgeben, welches der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades (2) entspricht;
Dämpfungsmittel (62), die auf das Winkelgeschwindig­ keitssignal hin ein Dämpfungssignal abgeben, welches die umgekehrte Polarität zur Drehrichtung des Lenkra­ des (2) aufweist, und
Mittel (63, 64), die auf das Fahrzeuggeschwindigkeits­ signal hin das Dämpfungssignal seinem Betrag nach mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigen lassen.

2. Elektrisches Kraftlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abtasten der Winkelgeschwindigkeit einen Lenkwinkelphasenkorrekturabschnitt (61) umfassen, der auf das Lenkwinkelsignal hin anspricht und das Win­ kelgeschwindigkeitssignal abgibt.

3. Elektrisches Kraftlenksystem nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Nachschlagetabelle (63) umfassen, in welcher eine Vielzahl von Koeffizienten gespeichert sind, und Multiplizierermittel (64) zum Multiplizieren des Dämpfungssignales mit einem Koeffizienten, der aus der Nachschlagetabelle (63) abgeleitet wurde.