DE3911088C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenkeinrichtung eines Kraftfahr­ zeugs.

Bei einer bekannten elektrischen Hilfskraftlenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug wird die Lenkkraft durch einen elek­ trischen Motor unterstützt, um die Lenkkraft zu verringern. Bei einer derartigen Lenkeinrichtung bewirkt jedoch eine Ansprechverzögerung eines über eine elektrische Schaltung übertragenen elektrischen Signals eine Zeitverzögerung zwischen der Erfassung der Lenkkraft durch einen Drehmo­ mentfühler und der Erzeugung der Hilfskraft durch den Elek­ tromotor. Die Zeitverzögerung bewirkt eine Verringerung der Gegenkraft gegen eine äußere Störung, so daß Eigen­ schwingungen auftreten können, wenn das Lenkrad gedreht wird, während das Kraftfahrzeug hält. Ferner wird die An­ sprechempfindlichkeit der Hilfskraftlenkeinrichtung durch die Massenträgheit des Elektromotors und die Reibung des Drehzahluntersetzungsmechanismus verringert, so daß der Fahrer einer erhöhten Belastung ausgesetzt ist.

Um dies zu vermeiden, ist aus der DE 35 37 024 A1 bekannt, eine Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenk­ einrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsions-Dreh­ momentfühler, der das Torsions-Drehmoment einer Lenkwelle erfaßt, mit einem Hilfsdrehmomentstromgenerator zum Erzeugen eines Hilfsmotorstroms in Abhängigkeit von einem Ausgangs­ signal des Torsions-Drehmomentfühlers, einem Kompensations­ stromgenerator zum Erzeugen eines Kompensationsstroms in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangs­ signals des Torsions-Drehmomentfühlers, einem Lenkwinkel­ fühler, einem Korrekturkoeffizientengenerator, der in Ab­ hängigkeit von dem Ausgangssignal eines Fahrzeugs­ geschwindigkeitsfühlers einen Korrekturkoeffizienten er­ zeugt, und einem Multiplizierer zum Multiplizieren des Hilfsdrehmomentstroms mit dem Korrekturkoeffizienten, wobei die Abhängigkeit des Korrekturkoeffizienten von der Fahr­ zeuggeschwindigkeit so gewählt ist, daß der korrigierte Hilfsdrehmomentstrom abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindig­ keit zunimmt, und wobei einem die Hilfskraft ausübenden Elektromotor ein von der Summe aus dem Kompensationsstrom und dem korrigierten Hilfsdrehmomentstrom abhängiger An­ triebsstrom zugeführt wird. Darüber hinaus wird bei dieser bekannten Steuervorrichtung ein dem Differential des Dreh­ momentsignals proportionales Signal zum Drehmomentsignal der Lenkwelle addiert. Eine ähnliche Steuervorrichtung ist aus der DE 37 09 590 A1 bekannt. Wenn die Steuerung des Lenkrades jedoch zu empfindlich und die Hilfskraft des Elektromotors selbst bei einem kleinen Lenkwinkel groß ist, wird die Lenkkraft so weit verringert, daß die Ansprechkennlinie des Lenkvorgangs zwar für den Fall erheblich verbessert wird, daß das Kraftfahrzeug auf einer geraden Straße fährt. Wenn dagegen das Lenkrad jedoch sehr stark und rasch eingeschlagen wird, ist der Lenkvorgang zu empfindlich, so daß die Gefahr einer Übersteuerung be­ steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervor­ richtung der eingangs genannten Art anzugeben, durch die die Gefahr einer Übersteuerung bei starkem und raschem Lenkradeinschlag auf einfache Weise vermieden wird.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den Pa­ tentansprüchen 1 und 3 angegeben.

Eine Weiterbildung ist in Anspruch 2 angegeben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildung werden nachstehend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Vergleich zu einer bekannten Vorrichtung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hilfskraftlenk­ einrichtung mit einer erfindungsgemäßen Steuervorichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuervor­ richtung,

Fig. 3 ein Diagramm der Abhängigkeit eines Hilfsmotorstroms von einem Lenk-Drehmomentsignal,

Fig. 4 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Kompensa­ tionsstrom ip und der zeitlichen Differentiation des Lenk-Drehmomentsignals und

Fig. 5 ein Diagramm der Abhängigkeit eines Korrekturkoeffi­ zienten k vom Lenkwinkel.

Bevor die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, sei zu­ nächst auf eine herkömmliche Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenkeinrichtung näher eingegangen.

Die Lenkeinrichtung nach Fig. 1 ist eine Zahnstange-Ritzel- Lenkeinrichtung und enthält ein Lenkrad 1, das mit einer Lenkwelle 2 (Lenksäule) zum Lenken von Vorderrädern verbun­ den ist. Die Lenkwelle 2 ist mit den Vorderrädern über ein Lenkgetriebe 3 sowie eine Zahnstange-Ritzel-Einrichtung 4, die antriebsmäßig miteinander verbunden sind, drehbar verbunden.

Eine weitere Zahnstange-Ritzel-Einrichtung 5 wirkt mit einer Zahnstange 6 zusammen. Das Ritzel ist antriebsmäßig mit der Ausgangswelle 9 eines Untersetzungsgetriebes 8 verbun­ den, das am Motor 7 angebracht ist. Am Lenkgetriebe 3 ist ein Torsions-Drehmomentfühler 11 zum Messen des Torsions­ drehmoments der Lenkwelle 2 angeordnet, und in der Nähe der Zahnstange 4 ist ein Lenkwinkelfühler 18 zum Messen der Axialbewegung der Zahnstange 6 angebracht, die dem Lenk­ winkel der Lenkräder des Fahrzeugs entspricht. Die Ausgangs­ signale der Fühler 11 und 18 werden einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung 10 zugeführt.

Die Steuerschaltung 10 ist mit dem Motor 7 verbunden.

Nach der Erfindung ist in der herkömmlichen Steuervorrich­ tung zum Steuern der oben beschriebenen Hilfskraftlenkein­ richtung ein Torsions-Drehmomentfühler 11 zum Erfassen eines in der Lenkwelle 2 erzeugten Torsions-Drehmoments und zur Abgabe eines Drehmomentsignals an einen Hilfsdrehmomentstrom­ generator 12 vorgesehen. Der Hilfsdrehmomentstromgenerator 12 erzeugt einen Hilfsmotorstrom i in Abhängigkeit von dem Drehmomentsignal, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und der Hilfsmotorstrom i wird einer Motorantriebseinrichtung 15 des Elektromotors 7 zugeführt. Eine Differenzierschaltung 13 differenziert das vom Drehmomentfühler 11 erzeugte Drehmo­ mentsignal (nach der Zeit), und das Ausgangssignal der Diffe­ renzierschaltung 13 wird zu dem dem Hilfsdrehmomentstromgene­ rator 12 zugeführten Drehmomentsignal addiert. Das Ausgangs­ signal der Differenzierschaltung 13 wird ferner einem Kompen­ sationsstromgenerator 14 zugeführt, der einen Kompensations­ strom ip erzeugt, der mit dem Differential des Drehmoment­ signals zunimmt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

Der Kompensationsstrom ip wird zum Hilfsmotorstrom i addiert, und die Summe i+ip wird der Motorantriebseinrichtung 15 zugeführt. In Abhängigkeit von dem Summensignal i+ip treibt die Motorantriebseinrichtung 15 den Elektromotor 7 der Hilfs­ kraftlenkeinrichtung im Sinne einer Lenkunterstützung an.

Bei dieser Ausbildung verringert das zum Ausgangssignal der Differenzierschaltung 13 addierte Drehmomentsignal die Breite eines Unempfindlichkeitsbereiches, der in Fig. 3 dargestellt ist, so daß das Auftreten einer Selbstschwingung selbst dann verhindert wird, wenn bei haltendem Fahrzeug zu lenken versucht wird. Ferner behebt der zum Hilfsmotor strom i addierte Kompensationsstrom ip den nachteiligen Einfluß der Massenträgheit des Hilfsmotors, während das Kraftfahrzeug fährt.

Wenn das Kraftfahrzeug bei dem herkömmlichen Aufbau der Steuervorrichtung jedoch auf einer geraden Straße fährt und eine häufige Richtungskorrektur mit kleinem Lenkwinkel erforderlich ist, aber der Strom ip augenblicklich auf einen großen Wert eingestellt ist, um die Lenkkraft nur in einem kleinen Winkelbereich zu verringern, dann kann eine Über­ steuerung bei einer raschen Lenkbewegung mit großem Lenkwin­ kel auftreten.

Erfindungsgemäß ist eine Hilfsdrehmomentstromkorrekturschal­ tung 16 mit einem Lenkwinkelfühler 18, einem Korrekturkoef­ fizientgenerator 19 und einem Multiplizierer 20 zusätzlich in der Steuerschaltung vorgesehen, wie es durch die strich­ punktierte Linie in Fig. 2 angedeutet ist.

Der Korrekturkoeffizientgenerator 19 bestimmt den Wert eines Korrekturkoeffizienten k nach Fig. 5 so, daß er gleich 1 ist, wenn der vom Lenkwinkelfühler 18 festgestellte Lenkwin­ kel gleich 0 ist, und verringert den Korrekturkoeffizienten auf beispielsweise 0,4, wenn der Lenkwinkel auf einen vorbe­ stimmten Wert im Bereich zwischen 90° und 180° zunimmt. Der Wert von 0,4 wird unabhängig von einem weiteren Anstieg des Lenkwinkels beibehalten. Da der Korrekturkoeffizient k mit zunehmendem Lenkwinkel abnimmt, wird die Hilfskraft des Elektromotors 7 geringfügig verringert, wenn der Lenkwinkel groß ist. Erfindungsgemäß bewirkt die Hilfsdrehmomentstrom­ korrekturschaltung 16, daß der Korrekturkoeffizient k den Einfluß der Massenträgheit des Motors in Abhängigkeit von der Zunahme des Lenkwinkels beseitigt. Infolgedessen kann die zum Korrigieren des Lenkwinkels auf einer geraden Straße erforderliche Lenkkraft erheblich verringert werden, während die für eine rasche Lenkung mit großem Lenkwinkel erforder­ liche Lenkkraft so zunimmt, daß der Fahrer durch die Straße verursachte Gegenkräfte noch hinreichend deutlich beim Len­ ken fühlt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwar der Lenkwinkelfühler 18 erforderlich. Doch ist es auch möglich, daß die Lenkein­ richtung inhärent einen Lenkwinkelfühler aufweist, der die Funktion hat, die Lenkgegenkraft entsprechend dem Lenkwinkel zu erhöhen.

Es ist aber auch möglich, daß der Korrekturkoeffizient k mit zunehmendem Lenkwinkel abnimmt und der Lenkwinkel mit dem Kompensationsstrom ip multipliziert wird. Sodann ist es möglich, daß der Korrekturkoeffizientgenerator 19 einen Korrekturkoeffizienten k′ erzeugt, der mit zunehmendem Lenk­ winkel zunimmt und vom Kompensationsstrom ip subtrahiert wird.

Erfindungsgemäß nimmt der Kompensationsstrom ip mit zunehmen­ dem Lenkwinkel ab, so daß die Lenkkraft vermindert und das Ansprechverhalten beim Fahren auf gerader Straße, wobei häufige Richtungskorrekturen mit kleinem Lenkwinkel erfor­ derlich sind, verbessert wird.

Der Fahrer muß ferner eine große Lenkkraft aufbringen und fühlt eine entsprechende Gegenkraft, wenn das Lenkrad plötz­ lich und über einen großen Winkel gedreht wird.

Durch den einfachen und praktischen Aufbau der erfindungsge­ mäßen Steuervorrichtung wird die Lenkbarkeit mithin erheblich verbessert.

Abwandlungen von den bevorzugten Ausführungsbeispielen lie­ gen im Rahmen der Erfindung.

Claims (3)

1. Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenkein­ richtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsions-Drehmoment­ fühler (11), der das Torsions-Drehmoment einer Lenkwelle (2) erfaßt, einem Hilfsdrehmomentstromgenerator (12) zum Erzeugen eines Hilfsmotorstroms (i) in Abhängigkeit von einem Ausgangs­ signal des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Kompensa­ tionsstromgenerator (14) zum Erzeugen eines Kompensationsstroms (ip) in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Aus­ gangssignals des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Lenk­ winkelfühler (18), einem Korrekturkoeffizientgenerator (19), der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Lenkwinkelfü­ lers (18), einen Korrekturkoeffizienten (K) erzeugt, und einem Mul­ tiplizierer (20) zum Multiplizieren des Kompensationsstroms (ip) mit dem Korrekturkoeffizienten (K), wobei die Abhängigkeit des Korrekturkoeffizienten (K) vom Lenkwinkel so gewählt ist, daß der korrigierte Kompensationsstrom (K · ip) abnimmt, wenn der Lenkwinkel zunimmt, und wobei einem die Hilfskraft ausüben­ den Elektromotor (7) ein von der Summe aus dem Hilfsmotorstrom (i) und dem korrigierten Kompensationsstrom (K · ip) abhängiger Antriebsstrom zugeführt wird.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Korrekturkoeffizient (K) in Abhängigkeit von dem durch den Lenkwinkelfühler (18) festgestellten Lenkwinkel derart ändert, daß der Korrekturkoeffizient von einem ersten vorbe­ stimmten Wert auf einen zweiten vorbestimmten Wert in Abhängig­ keit von einer Zunahme des Lenkwinkels abnimmt.

3. Steuervorrichtung für eine elektrische Hilfskraftlenkein­ richtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsions-Drehmoment­ fühler (11), der das Torsions-Drehmoment einer Lenkwelle (2) erfaßt, einem Hilfsdrehmomentstromgenerator (12) zum Erzeugen eines Hilfsmotorstroms (i) in Abhängigkeit von einem Ausgangs­ signal des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Kompensa­ tionsstromgenerator (14) zum Erzeugen eines Kompensationsstroms (ip) in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Aus­ gangssignals des Torsions-Drehmomentfühlers (11), einem Lenk­ winkelfühler (18), einem Korrekturkoeffizientgenerator (19), der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Lenkwinkelfüh­ lers (18) einen mit dem Lenkwinkel zunehmenden Korrekturkoeffi­ zienten (K′) erzeugt, und einer Subtraktionsschaltung zum Sub­ trahieren des Korrekturkoeffizienten (K′) vom Kompensationsstrom (ip), so daß der korrigierte Kompensationsstrom (ip-K′) abnimmt, wenn der Lenkwinkel zunimmt, wobei einem die Hilfskraft ausübenden Elektromotor (7) ein von der Summe aus dem Hilfsmotorstrom (i) und dem korrigierten Kompensationsstrom (ip-K′) abhängiger An­ triebsstrom zugeführt wird.