DE4239831C2 - Elektrisches Lenkservosystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Lenkservosystem für ein Fahrzeug.

Herkömmlich sind Lenksysteme für Kraftfahrzeuge häufig mit einer Lenkservovorrichtung versehen, um die zum manuellen Drehen des Lenkrads erforderliche Kraft zu verringern. Solche Lenksysteme werden allgemein als Lenkservosysteme bezeichnet. Ein Großteil der Lenkservosysteme verwendet hydraulische Betätigungseinrichtungen, jedoch können Lenkservosysteme unter Verwendung von Elektromotoren als Betätigungseinrich­ tungen aus verschiedenen Gründen vorteilhaft sein, wie etwa geringerem Gewicht, größerer Kompaktheit und größerer Frei­ heit zu ihrer Steuerung.

Fig. 6 zeigt allgemein ein herkömmliches Lenkservosystem unter Verwendung eines Elektromotors als Betätigungseinrich­ tung. Eine Lenksäule 19, die an ihrem oberen Ende ein Lenkrad 17 trägt, ist über eine ein Universalgelenk enthaltende Kupp­ lung 20 an ihrem unteren Ende mit einem Ritzel 21 eines Zahn­ stangen- und Ritzelmechanismus verbunden, das in einem Lenkgetriebekasten 21 aufgenommen ist. Eine mit dem Ritzel 21a in Eingriff stehende Zahnstange 21b ist in Abhängigkeit der Drehrichtung des Lenkrads 17 in beide seitlichen Richtun­ gen axial beweglich. Die zwei Enden der Zahnstange 21b sind über Verbindungsstangen 22 mit Gelenkarmen der Vorderräder 18 verbunden. Somit wird eine an das Lenkrad 17 angelegte Lenk­ bewegung in eine Lenkbewegung der Vorderräder 18 umgewan­ delt.

Der Lenkgetriebekasten 21 enthält weiter einen Elektromotor 13, der koaxial zu der Zahnstange 21b angeordnet ist. Der Rotor des Motors 13 ist mit einer Getriebeschnecke 13a ver­ bunden. Der Lenkgetriebekasten 21 umfaßt weiter einen Kugel­ umlaufmechanismus 23. Die Getriebeschnecke 13a steht mit einer weiteren Getriebeschnecke 23a in Eingriff, die auf einer Welle des Kugelumlaufmechanismus 23 angebracht ist. Diese Welle verläuft parallel zur Zahnstange 21b, während das Mutterende des Kugelumlaufmechanismus 23 an der Zahnstange 21b fest gesichert ist.

Der Lenkgetriebekasten 21 enthält weiter einen Lenkdrehmo­ mentsensor 4 zum Erfassen des an das Ritzel 21a angelegten Lenkdrehmoments T. Ein Querbeschleunigungssensor 2 und ein Gierratensensor 3 sind an geeigneten Teilen der Fahrzeugka­ rosserie angebracht, um eine Seitenbeschleunigung G bzw. eine Giergeschwindigkeit ψ zu erfassen. Ausgangssignale S1 bis S3 aus diesen Sensoren 2 bis 4 werden einem Steuerkasten 1 zugeführt, der dem Motor 13 gemäß einem erforderlichen Unterstützungsdrehmo­ ment ein Motorantriebssignal zuführt, das, wie nachfolgend beschrieben, auf Basis der Ausgangssignale durch einen Algo­ rithmus errechnet wird.

Weiter in Fig. 7. Der Steuerkasten 1 umfaßt eine Datentabel­ le DT4 zur Bestimmung eines Koeffizienten K1, der mit wach­ sender Querbeschleunigung G im Wert abnimmt, eine Datentabel­ le DT5 zur Bestimmung eines Koeffizienten K2, der mit zuneh­ mender Giergeschwindigkeit ψ im Wert abnimmt, und eine Datentabelle DT6 zur Bestimmung eines Motorantriebsstroms I, der mit anstei­ gendem Lenkdrehmoment T im Wert ansteigt. Diese Tabellen erzeugen entsprechende Ausgangssignale gemäß der von den Ausgangssignalen S1 bis S6 der Sensoren 2 bis 4 zugeführten Eingangssignale. Diese Datentabellen bestehen normalerweise aus einem ROM, auf das ein Mikrocomputer Zugriff hat.

Der aus der Datentabelle DT4 erhaltene Koeffizient K1 und der aus der Datentabelle DT5 erhaltene Koeffizient K2 werden in einem Multiplizierer 24 miteinander multipliziert. Der aus der Datentabelle DT6 erhaltene Motorantriebsstrom I und das von dem Multiplizierer 24 erhaltene Ausgangssignal werden in einem weiteren Multiplizierer 25 miteinander multipliziert. Das Ausgangssignal des weiteren Multiplizierers 25 ergibt einen Sollmotorantriebsstrom I₀.

Der so erhaltene Sollmotorantriebsstrom I₀ wird einem Subtra­ hierer 8 zugeführt, der wiederum mit einer Eingangsstufe eines Motorantriebsschaltkreises 7 verbunden ist. Der Motor­ antriebsschaltkreis 7 kann aus einem Brückenschaltkreis be­ stehen, der vier FETs 9 bis 12 miteinander kombiniert, wobei ein Anschluß des Motors 13 mit einem Knoten zwischen der Source-Elektrode des FET 9 und der Drain-Elektrode des FET 11 verbunden ist, während der andere Anschluß des Motors mit einem Knoten zwischen der Source-Elektrode des FET 10 und der Drain-Elektrode des FET 12 verbunden ist. Der Motor 13 kann bei Bedarf PWM-gesteuert sein. Ein Stromsensor 14 ist zwi­ schen dem einen Anschluß des Motors 13 und dem Knoten zwi­ schen den FETs 10 und 12 angeschlossen, so daß der durch den Stromsensor 14 erfaßte Wert über einen invertierenden Eingang des Subtrahierers 8 zur Eingangsstufe des Motorantriebs­ schaltkreises 17 zurückgeführt wird.

Wenn ein mit diesem Lenksystem ausgestattetes Fahrzeug, wie in Fig. 3 dargestellt, einem Seitenwind ausgesetzt wird, wird das Fahrzeug 15 einer Querbeschleunigung G unterworfen. Die resultierende Abweichung des Fahrzeugs vom geraden Weg gibt den Anstieg einer Giergeschwindigkeit ψ. Gemäß dem in Fig. 7 dargestellten Lenksystem werden die Koeffizienten K1 und K2 gemäß der somit erfaßten Querbeschleunigung G und der Gierra­ te ψ aus den Datentabellen DT4 und DT5 erhalten. Die Größe der Unterstützungskraft ist als eine mathematische Funktion der Querbeschleunigung G, der Giergeschwindigkeit ψ und des Lenkein­ gangsdrehmoments T gegeben. In Abhängigkeit dieser Faktoren wird daher an das Lenkrad eine Reaktionskraft angelegt.

Wenn bei diesem Steuerprozeß das Lenkeingangsdrehmoment groß ist, beispielsweise wenn das Fahrzeug um eine relativ enge Kurve fährt, wirkt auf das Lenkrad eine relativ große Reak­ tionskraft. Wenn jedoch das Fahrzeug entlang einem geraden Weg fährt, wird, weil das Lenkeingangsdrehmoment T klein ist, der Sollmotorantriebsstrom I₀ klein, selbst wenn das Fahrzeug einem Seitenwind ausgesetzt ist und die Querbeschleunigung G und die Giergeschwindigkeit ψ des Fahrzeugs signifikant sind.

Weil in den Datentabellen DT4 und DT5 die Anstiege der Quer­ beschleunigung G und der Giergeschwindigkeit ψ die Koeffizienten K1 bzw. K2 verringern, bewirkt der Anstieg der Pegel der Querbe­ schleunigung G und der Giergeschwindigkeit ψ eine Verringerung der Lenkunterstützungskraft. Wenn daher das Fahrzeug einem Sei­ tenwind ausgesetzt ist, bietet das Lenksystem keinerlei Wir­ kung, die den Einflüssen des Seitenwinds entgegenwirkt, und der Fahrzeugfahrer muß den Lenkwinkel korrigieren, um solchen Einflüssen zu begegnen. Weiter müssen solche Bemühungen zum Einstellen des Lenkwinkels eine wesentliche Reaktionskraft überwinden, die auf das Lenkrad wirkt.

Aus der DE 36 34 301 A1 ist es bekannt, eine Übertragungscharakteristik zwischen Lenkrad und einer Stelleinrichtung für lenkbare Räder derart zu ändern, daß eine in das Lenkrad eingekoppelte Rückstellkraft genau dann gleich null ist, wenn sich das Kraftfahrzeug auf der Sollfahrspur bewegt, während sie bei einer Abweichung des Fahrzeugs von der Sollspur betragsmäßig mit der Abweichung anwächst.

Aus der DE 35 25 543 A1 ist eine Lenkhilfseinrichtung bekannt, die aus Lenkwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit ein Kurvensollverhalten des Fahrzeugs und aus Giergeschwindigkeit und Querbeschleunigung ein Kurvenistverhalten bestimmt. In Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen Ist- und Sollverhalten wird die Lenkeinrichtung beeinflußt.

Aus der DE 33 00 640 ist eine Zusatzlenkung für einen Pkw bekannt, die normalen Lenkbetätigungen Lenkbewegungen überlagert, die von einer aus Fahr-, Lenk- und/oder Beladungszuständen resultierenden Steuergröße, etwa Fahrgeschwindigkeit, Gierwinkelgeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, abhängen.

Im Hinblick auf solche Probleme herkömmlicher Technik ist es ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Lenkservosystem aufzuzeigen, das ein günstigeres Reak­ tionsdrehmoment des Lenkrads erzeugen kann und die Quer­ stabilität eines geradeaus fahrenden Fahrzeugs verbessert.

Ein zweites Ziel der Erfindung ist es, ein elektrisches Lenk­ servosystem aufzuzeigen, das die Fahrzeugstabilität bei Seitenwind verbessert.

Ein drittes Ziel der Erfindung ist es, ein elektrisches Lenk­ servosystem aufzuzeigen, das die Anstrengung eines Fahrzeug­ fahrers, das Fahrzeug entlang gerader Strecke zu halten, verringert.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch ein elek­ trisches Lenkservosystem erreicht, welches umfaßt:
eine manuell betätigbare Lenkeinrichtung zum Anlegen eines Lenkeingangsdrehmoments an ein Lenkgetriebe des Fahrzeugs; eine Einrichtung zum Erfassen dieses Lenkeingangsdrehmoments; einen Elektromotor zum Unterstützen einer auf die manuell betätigbare Lenkeinrichtung manuell ausgeübten Lenkkraft; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Motorantriebssignals zur Betätigung des Elektromotors entsprechend einem Ausgangssignal der Einrichtung zum Erfassen des Lenkeingangsdrehmoments; eine Einrichtung zum Erfassen einer Querbeschleunigung und/oder einer Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs; eine Einrichtung zum Berechnen eines Soll-Lenkdrehmoments in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung und/oder der Giergeschwindigkeit; und eine Einrichtung zum Modifizieren des Motorantriebssignals in Abhängigkeit von einer Abweichung des Lenkeingangsdrehmoments von dem Soll-Lenkdrehmoment derart, daß der Elektromotor ein Lenkdrehmoment erzeugt, das der Querbeschleunigung und/oder der Giergeschwindigkeit entgegenwirkt.

Wenn das Fahrzeug Seitenwind ausgesetzt ist und im wesentli­ chen ohne jedes manuelles Lenkeingangsdrehmoment eine Querbe­ schleunigung und/oder Giergeschwindigkeit erzeugt wird, so erzeugt der Elektromotor erfindungsgemäß ein Lenkdrehmoment, das der erfaßten Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit entgegenwirkt.

Das elektrische Lenkservosystem erzeugt daher automatisch eine Wirkung dahingehend, das Fahrzeug stabil auf gerader Strecke zu halten. Dieser Effekt wird insbesondere verbes­ sert, wenn das Soll-Lenkdrehmoment mit Zunahme der Querbe­ schleunigung und/oder Giergeschwindigkeit zunimmt und im wesentlichen 0 ist, wenn die Querbeschleunigung und/oder die Giergeschwindigkeit 0 ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wandelt das Erzeugungsmittel des Motorantriebssignals ein Ausgangssignal von dem Erfassungsmittel des manuellen Lenkeingangsdrehmo­ ments in ein Antriebssignal zur Betätigung des Elektromotors um derart, daß das Antriebssignal in seiner Größe mit Zunahme der Abweichung abnimmt und im Vorzeichen dem der Abweichung im wesentlichen entgegengesetzt ist, so daß ein Anstieg der Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit ein Lenkdrehmoment er­ zeugt, das einer manuellen Lenkbetätigung entgegenwirkt, die die Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit erzeugt, und so daß die Gegenwart einer Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit ohne jede manuelle Lenkbetätigung eine Lenkbewegung erzeugt, die der Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit entgegenwirkt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbei­ spiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausfüh­ rung der Steuerung des elektrischen Lenkservosystems;

Fig. 2 und 3 zeigen schematisch ein Fahrzeug, das wegen eines Lenkmanövers bzw. wegen Seitenwind vom geraden Kurs abweicht;

Fig. 4 zeigt ähnlich Fig. 1 eine zweite Ausführung der Steuerung für das elektrische Lenkservosystem;

Fig. 5 zeigt ähnlich Fig. 1 eine dritte Ausführung der Steuerung für das elektrische Lenkservosystem;

Fig. 6 zeigt schematisch die Gesamtstruktur eines elektrischen Lenkservosystems für ein Fahrzeug; und

Fig. 7 zeigt ähnlich Fig. 1 eine herkömmliche Steue­ rung für ein elektrisches Lenkservosystem.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung des Lenkservosystems. Der herkömmlichen Ausführung nach Fig. 7 entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen, wobei einige dieser Teile zum Vermeiden unnötiger Wiederholungen hier nicht be­ schrieben sind. Für mechanische Details des elektrischen Lenkservosystems wird auf Fig. 6 Bezug genommen, weil die Erfindung an einer herkömmlichen mechanischen Struktur, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, anwendbar ist.

Der Steuerkasten 1 ist mit einem Querbeschleunigungssensor 2 zur Erfassung der Querbeschleunigung der Fahrzeugkarosserie und einem Lenkdrehmomentsensor 4 zum Erfassen eines an den Lenkgetriebekasten 21 angelegten manuellen Lenkdrehmoments verbunden. Ein von dem Querbeschleunigungssensor 2 ausgegebe­ nes Querbeschleunigungssignal S1 wird einer Datentabelle DT1 zugeführt, die ein gewünschtes Solldrehmoment TG ausgibt, das mit Zunahme der Querbeschleunigung G ansteigt, wie in Fig. 1 dargestellt.

In dem Steuerkasten 1 werden das Sollenkdrehmoment TG (das Sollenkdrehmomentsignal 1) und das Lenkdrehmomentsignal S2 (T) einem Subtrahierer 6 zugeführt. Ihre Differenz ΔT (= TG-T) wird einer Datentabelle DT2 zugeführt. Die Datentabelle DT2 ergibt ein Sollmotorantriebsstromsignal IT, das im we­ sentlichen proportional zur Änderung der Differenz ΔT abnimmt und der Differenz ΔT im Vorzeichen entgegengesetzt ist. Das Sollmotorantriebsstromsignal IT wird einem Substrahierer 8 zugeführt, der einem Motorantriebsschaltkreis 7 vorgeschaltet ist.

Der Motorantriebsschaltkreis 7 enthält eine Brückenschaltung, die vier FETs 9 bis 12 in gleicher Weise miteinander kombi­ niert wie bei dem in Fig. 7 dargestellten herkömmlichen Schaltkreis, und einen Stromsensor 14, der den durch die Brückenschaltung dem Elektromotor 13 zugeführten Antriebs­ strom erfaßt. Der erfaßte Wert des Motorantriebsstroms wird dem Subtrahierer 8 in dem Motorantriebsschaltkreis 7 zuge­ führt. Der Elektromotor 13 wird durch Steuerung der Gate- Elektroden der FETs 9 bis 12 gesteuert, und zwar in Abhängig­ keit von der Abweichung ΔI des erfaßten aktuellen Werts des Motorantriebsstroms von dem Sollmotorantriebsstromsignal IT, das zu dem Subtrahierer 8 zurückgeführt wird.

Wenn das Fahrzeug 15 Seitenwind ausgesetzt ist, beispielswei­ se gemäß Fig. 3 von links, wird eine Querbeschleunigung G erzeugt, die das Fahrzeug 15 vom geraden Kurs 16 nach rechts abweichen läßt. Weil das Lenkdrehmoment T im wesentlichen 0 ist, wenn das Fahrzeug auf geradem Kurs fährt, wird in diesem Fall zwischen dem aus der Datentabelle DT1 erhaltenen Wert TG und dem aktuellen Lenkdrehmoment T, das im wesentlichen 0 sein kann, eine positive Abweichung ΔT erzeugt. Wenn die Abweichung ΔT positiv ist, weil das Fahrzeug wegen des Sei­ tenwinds von links nach rechts schleudert, wird der Motor 13 so betätigt, daß er die Vorderräder 18 nach links lenkt.

Auf diese Weise steuert der Motorantriebsschaltkreis 7 den Motor 13 durch Steuern der Gate-Spannungen der FETs 9 bis 12 in Abhängigkeit von Vorzeichen und Größe der Abweichung ΔT. Insbesondere wenn das Fahrzeug 15 vom geraden Kurs 16 unter Einfluß von Seitenwind abweicht, wird bei diesem elektrischen Lenkservosystem der Motor 13 so betätigt, daß er das Fahrzeug 15 wieder auf den geraden Kurs 16 zurückbringt. Somit kann dieses elektrische Lenkservosystem das Fahrzeug 15 auf dem geraden Kurs 16 auch dann automatisch halten, wenn es Seiten­ wind ausgesetzt ist.

Wenn das Lenkrad 17 im Uhrzeigersinn gedreht wird, um das Fahrzeug 15 aus seinem geraden Kurs nach rechts zu lenken, werden die Vorderräder 18 nach rechts gelenkt, und die resul­ tierende Kurvenfahrtkraft erzeugt eine Giergeschwindigkeit ψ im Uhrzei­ gersinn und eine Querbeschleunigung G, wie in Fig. 2 darge­ stellt. In diesem Fall kann also ein günstiges Lenkunterstüt­ zungsdrehmoment erzeugt werden, und zwar gemäß der Differenz ΔT zwischen dem Soll-Lenkdrehmoment TG, das von der Querbe­ schleunigung G abhängt, und dem tatsächlichen Lenkdrehmoment T. Der zum Lenken des Fahrzeugs entsprechend der Querbe­ schleunigung erforderliche Kraftaufwand ist derart gewählt, daß der Fahrer auf Bewegung des Fahrzeugs von dem Lenkrad eine günstige Rückantwort erhält und somit eine bessere Kon­ trolle über das Fahrzeug erreicht.

Wenn das Fahrzeug bei Fahrt auf einer Straßenoberfläche mit geringem Reibkoeffizienten gelenkt wird, erzeugt der Motor 13 ein dem manuellen Kraftaufwand zum Drehen des Lenkrads 17 entgegenwirkendes Lenkdrehmoment, weil die Straßenoberfläche gegen die Lenkbewegung der Vorderräder sehr geringe Reak­ tionskräfte erzeugt und daher TG < T und ΔT < 0 ist. Umge­ kehrt erzeugt der Motor 13 ein das manuelle Bestreben zum Drehen des Lenkrads unterstützendes Lenkdrehmoment, wenn der Reibkoeffizient der Straßenoberfläche hoch ist und ΔT < 0. In beiden Fällen erhält der Fahrzeugfahrer von dem Fahrzeug eine günstige Lenkantwort.

Wenn die Straßenoberfläche Spurrillen hat, werden die Vor­ derräder des über diese Straßenoberfläche fahrenden Fahrzeugs Querkräften ausgesetzt, die die Räder in die Spurrillen drän­ gen. Auch in diesem Fall wird das Fahrzeug einer Querbe­ schleunigung ausgesetzt - wie es auch der Fall ist, wenn es Seitenwind ausgesetzt ist. Die Steuerwirkung dieses Lenkser­ vosystems läßt das Fahrzeug automatisch auf seinem geraden Kurs zurücklenken.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführung des Lenkservosystems. In dieser Ausführung ist der Querbeschleunigungssensor 2 der ersten Ausführung durch einen Giergeschwindigkeitssensor 3 ersetzt. Ein von dem Gierratensensor 3 erzeugtes Giergeschwindigkeitssignal S3 wird einer Datentabelle DT3 zugeführt. Der Giergeschwindigkeitssensor kann aus irgendeiner Vorrichtung bestehen, wie etwa einem Wende­ kreisel, einer Einrichtung zur Berechnung der Giergeschwindigkeit aus den Drehzahlen der Räder und einem Paar G-Sensoren, die mit Abstand voneinander angeordnet sind, so daß die Vorrichtung eine Giergeschwindigkeit erfassen kann.

Die Datentabelle DT3 ist so vorbereitet, daß das Soll-Lenk­ drehmoment Tψ (Soll-Lenkdrehmomentsignal) mit Anstieg der Giergeschwindigkeit ψ ansteigen kann. Das aus der Datentabelle DT3 erhaltene erwünschte Soll-Lenkdrehmoment Tψ wird einem Sub­ trahierer 6 zugeführt. Der Subtrahierer 6 erzeugt eine Diffe­ renz ΔT zwischen dem Soll-Lenkdrehmoment Tψ und dem aktuel­ len Lenkdrehmoment T. Die Differenz ΔT (= Tψ-T) wird dem Motorantriebsschaltkreis 7 zugeführt, so daß das erforderli­ che Betätigungsdrehmoment zum Lenken des Fahrzeugs im wesent­ lichen in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung erzeugt wird.

Wenn also in dieser Ausführung eine Giergeschwindigkeit ψ der Fahrzeug­ karosserie wegen Seitenwinds erfaßt wird, dann wird der Motor 13 so betätigt, daß das Fahrzeug 15 auf seinen geraden Kurs 16 zurückgeführt werden kann. Das Fahrzeug wird hierdurch automatisch auf seinem geraden Kurs 16 gehalten. Einen ähnli­ chen Effekt erhält man, wenn das Fahrzeug manuell gelenkt wird und die Räder in Spurrinnen der Straßenoberfläche gefan­ gen sind.

Die Erfassung einer Giergeschwindigkeit statt der Querbeschleunigung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit fährt. Die Erfassung einer Querbeschleunigung ist vorteilhaft, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt und wenn das Fahrzeug eine Vierradlenkung hat.

Gemäß der in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführung des Lenkservosystems ist der Steuerkasten 1 mit einem Querbe­ schleunigungssensor 2 und einem Giergeschwindigkeitssensor 3 versehen. Die Ausgangssignale des Querbeschleunigungssensors 2 oder ein Querbeschleunigungssignal S1 werden einer Datentabelle DT1 zugeführt. Die Ausgangssignale des Giergeschwindigkeitssensors 3 oder ein Giergeschwindigkeitssignal S2 werden einer weiteren Datentabelle DT2 zugeführt. Die Datentabelle DT1 ergibt ein erwünschtes Soll­ lenkdrehmoment TG, das mit Anstieg der Querbeschleunigung G ansteigt. Die Datentabelle DT2 ergibt ein erwünschtes Soll­ lenkdrehmoment Tψ, das ebenso mit dem Anstieg der Giergeschwindigkeit ψ ansteigt.

Die aus den Datentabellen DT1 und DT2 erhaltenen Soll-Lenk­ drehmomente TG und Tψ werden einem Addierer 5 zugeführt. Die Summe (TG + Tψ) oder das Ausgangssignal des Addierers 5 sowie das Lenkdrehmomentsignal S3 von dem Lenkdrehmomentsen­ sor 4 werden einem Subtrahierer 6 zugeführt. Die Differenz (ΔT = TG + Tψ-T) oder das Ausgangssignal von dem Subtra­ hierer 6 wird einer dritten Datentabelle DT3 zugeführt, die ein Sollantriebsstromsignal IT ergibt, das mit Abnahme der Differenz ΔT zunimmt und seine Polarität mit Vorzeichenände­ rung der Differenz ΔT ändert. In Abhängigkeit der erwünschten Fahrzeugantwort und der dynamischen Charakteristiken des Fahrzeugs kann die Summe durch eine geeignet gewichtete Summe (w1·TG+w2·Tψ, wobei w1+w2 = 1) ersetzt werden.

Der Motorantriebsschaltkreis 7 umfaßt eine Brückenschaltung, die vier FETs 9 bis 12 in der gleichen Weise wie bei den obigen Ausführungen miteinander kombiniert, und einen Strom­ sensor 4, der den Antriebsstrom des Motors 13 erfaßt. Das Ausgangssignal des Stromsensors 14 wird wie auch das Aus­ gangssignal von der Datentabelle DT3 einem Subtrahierer 8 zugeführt. Die Differenz ΔI oder das Ausgangssignal des Sub­ trahierers 8 wird zum Steuern der Gate-Elektroden der FETs 9 bis 12 verwendet, so daß der Motor 13 in einer Richtung und mit einem solchen Drehmoment gedreht werden kann, die durch das Vorzeichen und die Amplitude des Ausgangssignals des Subtrahierers 8 bestimmt werden.

Wenn bei dieser Ausführung das Fahrzeug 15 vom geraden Kurs 16 abweicht, weil es gemäß Fig. 3 einem Seitenwind ausge­ setzt ist, wird aus der Differenz aus der Summe (TG + Tψ) und dem Lenkdrehmoment T eine positive Abweichung ΔT auch dann erzeugt, wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 17 nicht betätigt und das manuelle Lenkdrehmoment daher im wesentli­ chen 0 ist. Wenn die Abweichung ΔT positiv ist, wird dem Elektromotor 13 ein negativer Antriebsstrom zugeführt, und der Motor wird so betätigt, daß er die Vorderräder 18 nach links lenkt, um hierdurch dem Einfluß des Seitenwinds auf die Querbewegung des Fahrzeugs entgegenzuwirken.

Wenn das Lenkrad 17 zum Lenken des Fahrzeugs 15 gemäß Fig. 2 von seinem geraden Kurs nach rechts im Uhrzeigersinn gedreht wird, werden die Vorderräder 18 nach rechts gelenkt und die resultierende Kurvenfahrkraft erzeugt eine Giergeschwindigkeit ψ im Uhrzeigersinn und eine Querbeschleunigung G. In diesem Fall kann also gemäß der Differenz ΔT zwischen der Summe (TG + Tψ) und dem Lenkdrehmoment T ein günstiger Pegel des Lenkunter­ stützungsmoments erzeugt werden. Somit erhält der Fahrer auf Bewegung des Fahrzeugs vom Lenkrad eine Rückantwort, weil der Anstieg der Querbeschleunigung und/oder der Giergeschwindigkeit den Kraftaufwand erhöht, der zum Drehen des Lenkrads in Erhö­ hungsrichtung der Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit erfor­ derlich ist. Somit kann der Fahrer sein Fahrzeug besser unter Kontrolle halten.

In den beschriebenen Ausführungen ist der Elektromotor 13 in Abhängigkeit von der Differenz ΔI zwischen einem wie oben beschrieben bestimmten Sollantriebsstromsignal IT und einem dem erfaßten Antriebsstrom des Motors 13 entsprechenden Rück­ antwortsignal gesteuert. Es ist jedoch auch möglich, den Motor 13 gemäß dem Sollantriebsstromsignal IT selbst direkt zu steuern. Der Elektromotor 13 kann ein bürstenloser Elek­ tromotor sein.

Wenn ein Fahrzeug Seitenwind ausgesetzt ist, so kann das Fahrzeug schnell auf seinen ursprünglichen geraden Kurs zu­ rückkehren und die Fähigkeit des Fahrzeugs, stabil auf gera­ dem Kurs zu bleiben, kann verbessert werden, weil der Motor so betätigt wird, daß ein der Quer- oder Gierbewegung der Fahrzeugkarosserie entgegenwirkendes Lenkmoment erzeugt wer­ den kann dadurch, daß der Motor gemäß der Differenz zwischen einem Soll-Lenkdrehmoment, das wie gewünscht aus der Fahr­ zeugbewegung durch Seitenwind oder andere Faktoren bestimmt wird, und manuellem Lenkdrehmoment angetrieben wird. Weiter kann dieses Lenkservosystem die Handhabung eines Fahrzeugs verbessern, das über eine glatte Straßenoberfläche fährt oder in Spurrillen der Straßenoberfläche gefangen ist.

Ein elektrisches Lenkservosystem erzeugt ein Lenkdrehmoment, wenn das Fahrzeug einer Querbeschleunigung G und/oder Giergeschwindigkeit ψ ausgesetzt ist derart, daß das durch das System er­ zeugte Lenkdrehmoment einer Fahrzeugbewegung von seinem geraden Kurs weg entgegenwirkt. Somit kann das Fahrzeug sei­ nen geraden Kurs im wesentlichen halten, ohne daß der Fahr­ zeugfahrer eingreifen muß, selbst wenn es Seitenwind ausge­ setzt ist. Wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt, erzeugt das elektrische Lenkservosystem in dem Lenkrad ein Reaktionsdreh­ moment, so daß der Fahrer vom Lenkrad auf dieses Lenkmanöver eine günstige Antwort erhält und hierdurch das Fahrzeug bes­ ser unter Kontrolle halten kann. Wenn das Fahrzeug auf einer glatten Straßenoberfläche fährt und daher das manuelle Lenk­ eingangsdrehmoment klein wird, erhält der Fahrer vom Lenkrad ein Reaktionsdrehmoment. Hierdurch wird verhindert, daß über­ mäßige Lenkmanöver ausgelöst werden.

Claims (5)

1. Elektrisches Lenkservosystem für ein Fahrzeug (15), umfassend:
eine manuell betätigbare Lenkeinrichtung (17) zum Anlegen eines Lenkeingangsdrehmoments (T) an ein Lenkgetriebe (21) des Fahrzeugs (15);
eine Einrichtung (4) zum Erfassen dieses Lenkeingangsdrehmoments (T);
einen Elektromotor (13) zum Unterstützen einer auf die manuell betätigbare Lenkeinrichtung (17) manuell ausgeübten Lenkkraft;
eine Einrichtung (in 1) zum Erzeugen eines Motorantriebssignals (IT) zur Betätigung des Elektromotors (13) entsprechend einem Ausgangssignal (S2; S3) der Einrichtung (4) zum Erfassen des Lenkeingangsdrehmoments (T);
eine Einrichtung (2 bzw. 3) zum Erfassen einer Querbeschleunigung (G) und/oder einer Giergeschwindigkeit (ψ) des Fahrzeugs (15);
eine Einrichtung (in 1) zum Berechnen eines Soll-Lenkdrehmoments (TG; Tψ) in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (G) und/oder der Giergeschwindigkeit (ψ); und
eine Einrichtung (in 1) zum Modifizieren des Motorantriebssignals (IT) in Abhängigkeit von einer Abweichung des Lenkeingangsdrehmoments (T) von dem Soll-Lenkdrehmoment (TG; Tψ) derart, daß der Elektromotor (13) ein Lenkdrehmoment erzeugt, das der Querbeschleunigung (G) und/oder der Giergeschwindigkeit (ψ) entgegenwirkt.

2. Elektrisches Lenkservosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Lenkdrehmoment (TG; Tψ) mit zunehmender Querbeschleunigung (G) und/oder Giergeschwindigkeit (ψ) ansteigt.

3. Elektrisches Lenkservosystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Lenkdrehmoment (TG; Tψ) im wesentlichen 0 ist, wenn die Querbeschleunigung (G) oder die Giergeschwindigkeit (ψ) 0 ist.

4. Elektrisches Lenkservosystem nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (in 1) zum Erzeugen und Modifizieren des Motorantriebssignals (IT) ein Motorantriebssignal (IT) abgibt, das mit zunehmender Abweichung des Lenkeingangsdrehmoments (T) von dem Soll-Lenkdrehmoment (TG, Tψ) abnimmt, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der Abweichung entgegengesetzt ist, und das so bemessen ist, daß ein Anstieg der Querbeschleunigung (G) und/oder der Giergeschwindigkeit (ψ) ein Lenkdrehmoment erzeugt, das einer die Querbeschleunigung (G) und/oder Giergeschwindigkeit (ψ) bewirkenden manuellen Lenkbetätigung entgegenwirkt.

5. Elektrisches Lenkservosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (in 1) zum Erzeugen und Modifizieren des Motorantriebssignals (IT) ein Motorantriebssignal (IT) abgibt, das mit zunehmender Abweichung des Lenkeingangsdrehmoments (T) von dem Soll-Lenkdrehmoment (TG; Tψ) abnimmt, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der Abweichung entgegengesetzt ist und das so bemessen ist, daß ein Vorhandensein einer Querbeschleunigung (G) und/oder Giergeschwindigkeit (ψ) ohne manuelle Lenkbetätigung ein Lenkdrehmoment erzeugt, das der Querbeschleunigung (G) und/oder Giergeschwindigkeit(ψ) entgegenwirkt.