DE3817602A1 - Elektrisches kraftlenksystem - Google Patents
Elektrisches kraftlenksystemInfo
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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.
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.
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