DE4307864A1 - Hydraulische Hilfskraftlenkanlage mit bedarfsabhängig zuschaltbarer elektrisch betriebener Pumpe - Google Patents
Hydraulische Hilfskraftlenkanlage mit bedarfsabhängig zuschaltbarer elektrisch betriebener PumpeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit hydraulischen
Hilfskraftlenkanlagen, die eine elektrisch betriebene
Pumpe aufweisen, welche in Abhängigkeit vom Lenkkraft
unterstützungsbedarf betrieben wird. Eine derartige
hydraulische Hilfskraftlenkanlage ist beispielsweise aus
der DE-39 20 862 A1 bekannt. Bei dieser bekannten
Anlage wird der Elektromotor der Pumpe in Abhängigkeit
von dem benötigten Lenkmoment und/oder der Fahrzeugge
schwindigkeit mit elektrischer Leistung versorgt, dabei
ist vorgesehen, den Motor aus einem sogenannten
Stand-by-Modus, d. h. einem Betrieb mit geringer
Leistungszufuhr, bzw. aus den Stand möglichst schnell
auf die volle Leistung zu schalten. Nachteilig an den im
Stand der Technik beschriebenen Ausführungsformen ist,
daß beim schnellen Anlaufen des Elektromotors ein Ein
bruch der Bordspannung auftreten kann. Das heißt, die
Spannung der Batterie kann sehr stark absinken, hervor
gerufen durch eine hohe Stromaufnahme des Elektromotors
in den ersten Millisekunden des Anlaufvorganges. Die
Stromaufnahme geht zurück, wenn durch den Aufbau eines
Magnetfeldes in den Spulen des Elektromotors ein ent
sprechend großer Gegenstrom induziert wird.
Dieser Spannungsabfall beim Anlaufen des Elektromotors
wirkt sich auf alle elektrischen Verbraucher im Kraft
fahrzeug aus, die dann kurzzeitig ausfallen können
bzw. nur stark eingeschränkt arbeiten. Besonders un
günstig ist dies bei sicherheitsrelevanten elek
trischen Verbrauchern, wie z. B. der Fahrzeugbe
leuchtung.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen
Spannungseinbruch der Bordspannung beim Zuschalten des
Elektromotors zu verhindern. Weitere Aufgaben sind,
den Energieverbrauch der Hilfskraftlenkanlage zu redu
zieren, deren Betriebssicherheit zu gewährleisten
sowie die Lebensdauer zu erhöhen und für einen ausge
glichenen Temperaturhaushalt zu sorgen.
Eine Lösung der gestellten Aufgaben wird in Anspruch 1
angegeben. Dabei wird vorgesehen, den Elektromotor der
Hydraulikpumpe bei angeschalteter Fahrzeugbeleuchtung
immer mit einer bestimmten, reduzierten Leistung zu
betreiben, damit bei einer Hilfskraftunterstützung der
Motor auf volle Leistung hochgeschaltet werden kann,
ohne einen unzumutbar hohen Spannungseinbruch zu ver
ursachen. Bei abgeschalteter Fahrzeugbeleuchtung kann
der Elektromotor mit einer wesentlich stärker redu
zierten Leistung betrieben werden.
Es kann vorgesehen sein, den Schalter für die Beleuch
tung sowie einen Schalter für die Leistungsversorgung
des Elektromotors zu koppeln, etwa durch einen mecha
nischen Schalter, ein Relais oder durch eine Logik
schaltung, oder eine Steuereinheit vorzusehen, die bei
einer Änderung der Beleuchtungsschalter-Stellung
die Leistungszufuhr des Elektromotors entsprechend
variiert. Des weiteren kann vorgesehen sein, daß z. B.
oberhalb bestimmter Geschwindigkeiten oder bei anderen
Konditionen, bei denen keine Unterstützung erfolgen
soll, den Elektromotor mit reduzierter Leistung zu
betreiben und nur in bestimmten Geschwindigkeitsbe
reichen im Stand-by-Modus laufen zu lassen. Dabei kann
die Höhe der reduzierten Leistung an die jeweils er
forderliche "Reaktionsgeschwindigkeit" angepaßt
werden, d. h. die Zeit, innerhalb der die volle
Leistung der Pumpe erreicht sein soll, nachdem Lenk
unterstützungsbedarf registriert wurde. Dies kann in
einer Steuerungseinheit realisiert sein.
Eine entsprechende Kopplung der Fahrzeugbeleuchtung
mit einem Elektromotor läßt sich natürlich auch auf
andere im Kraftfahrzeug vorhandene Elektromotoren,
z. B. Lüftermotor, übertragen, ist also nicht auf
Hilfskraftlenkanlagen beschränkt.
Anspruch 3 schlägt zur Lösung der gestellten Aufgaben
vor, den Elektromotor über einen Feldeffekt-Transistor
anzusteuern, und diesen Feldeffekt-Transistor als Vor
widerstand des Elektromotors einzusetzen. Der
elektrische Widerstand eines Feldeffekt-Transistors
kann in Abhängigkeit von der angelegten Spannung vari
iert werden, so daß es möglich ist, den Gesamtwider
stand aus Feldeffekt-Transistor und Elektromotor so
einzustellen, daß ein gewisser Mindestwiderstand nicht
unterschritten wird. Dadurch kann ein Zusammenbruch
der Batteriespannung und somit ein "Blinzeln" der
Fahrzeugbeleuchtung vermieden werden. Der elektrische
Widerstand des Elektromotors ist in dessen Anlaufphase
zunächst klein und nimmt erst mit dem Aufbau des
Magnetfeldes in den Spulen zu. Das heißt, während der
ersten Millisekunden der Anlaufphase ist eine hohe
Leistungsaufnahme des Elektromotors und damit ein
hoher Spannungsabfall möglich.
Die Idee, einen Feldeffekt-Transistor nicht nur als
Schalter, sondern auch als Vorwiderstand zu verwenden,
kann auch bei Elektromotoren anderer Aggregate und bei
anderen Systemen angewendet werden, bei denen eine
Strombegrenzung in der Anlaufphase des Elektromotors
erwünscht ist. So können beispielsweise auch Lüfter
motoren entsprechend angesteuert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens
sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei ist nach
Anspruch 4 vorgesehen, einen Regelkreis auszubilden.
Der Ist-Wert wird von einem Sensor geliefert, der den
Strom, der durch den Elektromotor fließt, oder die am
Elektromotor anliegende Spannung, oder dessen Wider
stand messen kann, ebenfalls möglich sind Sensoren,
die die Drehzahl des Elektromotors bestimmen oder den
Druck des hydraulischen Mediums registrieren. Als
Stellglied kann der Feldeffekt-Transistor selbst
verwendet werden, ein Schaltkreis oder ein anderes
elektrisches oder elektronisches Element, welches den
Feldeffekt-Transistor ansteuert. Aufgabe des Regel
kreises ist es, den Gesamtwiderstand, gebildet aus
Feldeffekt-Transistor und Elektromotor, größer als
einen Minimalwert zu halten, und somit einen
Spannungseinbruch zu verhindern, d. h. die Spannung der
Fahrzeugbatterie über einem Minimalwert zu halten.
Kostengünstiger kann es sein, auf einen Regelkreis zu
verzichten und den Feldeffekt-Transistor nach Anspruch
5 mit einem speziell abgestimmten und fest vorgege
benen zeitabhängigen Signal anzusteuern. Dieses Signal
kann eine linear abfallende Rampe sein, wodurch der
Widerstand des Feldeffekt-Transistors linear von einem
vorgegebenen Maximal- auf einen Minimalwert abfällt.
Ebenso sind eine exponentiell abfallende Funktion oder
eine stufenförmige Funktion denkbar. Die Parameter der
gewählten Funktion können an die Leistungsaufnahme
charakteristik des verwendeten Elektromotors, die
Stärke der Fahrzeugbatterie sowie an die Leistungsauf
nahmecharakteristik anderer elektrischer Verbraucher
des Kraftfahrzeugs angepaßt sein.
Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungsformen ergeben sich aus der Beschreibung
und aus den Zeichnungen. Dabei zeigt
Fig. 1 einen schematischen Schaltplan zur
Kopplung der Fahrzeugbeleuchtung und
der Motoransteuerung,
Fig. 2 einen schematischen Schaltplan zur
Verwendung eines Feldeffekt-Transistors
als Vorwiderstand und
Fig. 3 ein Diagramm Strom I(t) und
elektrischer Widerstand R(t) aufge
tragen über der Zeit t.
Hilfskraftlenkanlagen für Kraftfahrzeuge mit einer von
einem Elektromotor angetriebenen Hydraulikpumpe, sind
aus dem Stand der Technik bekannt, siehe dazu bei
spielsweise die DE-39 20 862 A1. Ihre Funktion wird
daher hier nicht weiter beschrieben.
In Fig. 1 erkennt man den Elektromotor 1, der die
nicht dargestellte Hydraulikpumpe antreibt und über
einen Feldeffekt-Transistor 2 mit dem positiven Pol
der Fahrzeugbatterie 8 verbunden ist. Der Feldeffekt-
Transistor 2 wird über eine Steuereinheit 3 ange
steuert. Ein Eingangssignal am Eingang a der Steuer
einheit 3 wird von einem Lenkmomentsensor 4 abgegeben,
wenn dieser einen Lenkunterstützungsbedarf, d. h. ein
vom Fahrer ausgeübtes Lenkmoment registriert. Ein
weiteres Eingangssignal der Steuereinheit wird durch
den Beleuchtungsschalter 5 abgegeben. Wird der Be
leuchtungsschalter 5 geschlossen, so wird sowohl die
Fahrzeugbeleuchtung 6 eingeschaltet, als auch der
Eingang b der Steuereinheit 3 mit dem positiven Pol
der Batterie verbunden.
Zur Funktion der Steuereinheit:
Sobald ein Lenkunterstützungsbedarf besteht, liegt ein Signal am Eingang a der Steuereinheit 3 an, worauf diese den Feldeffekt-Transistor 2 auf Durchfluß schaltet, so daß der Elektromotor 1 mit der vollen Leistung betrieben wird. Wenn die Fahrzeugbeleuchtung 6 eingeschaltet ist, liegt ein Signal am Eingang b der Steuereinheit 3 an, worauf diese den Feldeffekt-Transistor 2 so ansteuert, daß der Elektro motor 1 mit reduzierter Spannung und demzufolge geringer Leistung betrieben wird. Liegen gleichzeitig ein Signal am Eingang a und am Eingang b an, dann wird der Feldeffekt-Transistor 2 von der Steuereinheit 3 durchgeschaltet, d. h. der Elektromotor 1 wird mit voller Leistung betrieben. Da bei diesem Umschaltvor gang bereits ein Magnetfeld im Elektromotor aufgebaut ist, wird die Batteriespannung beim Umschalten von reduzierter Leistung auf volle Leistung nur gering fügig reduziert, ein unerwünschtes Flackern der Fahr zeugbeleuchtung 6 wird vermieden.
Sobald ein Lenkunterstützungsbedarf besteht, liegt ein Signal am Eingang a der Steuereinheit 3 an, worauf diese den Feldeffekt-Transistor 2 auf Durchfluß schaltet, so daß der Elektromotor 1 mit der vollen Leistung betrieben wird. Wenn die Fahrzeugbeleuchtung 6 eingeschaltet ist, liegt ein Signal am Eingang b der Steuereinheit 3 an, worauf diese den Feldeffekt-Transistor 2 so ansteuert, daß der Elektro motor 1 mit reduzierter Spannung und demzufolge geringer Leistung betrieben wird. Liegen gleichzeitig ein Signal am Eingang a und am Eingang b an, dann wird der Feldeffekt-Transistor 2 von der Steuereinheit 3 durchgeschaltet, d. h. der Elektromotor 1 wird mit voller Leistung betrieben. Da bei diesem Umschaltvor gang bereits ein Magnetfeld im Elektromotor aufgebaut ist, wird die Batteriespannung beim Umschalten von reduzierter Leistung auf volle Leistung nur gering fügig reduziert, ein unerwünschtes Flackern der Fahr zeugbeleuchtung 6 wird vermieden.
In Fig. 2 sind gleiche Bauteile mit den gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Hier ist die
Steuereinheit 3 nicht mit der Fahrzeugbeleuchtung 6
gekoppelt. Es ist vorgesehen, daß die Steuereinheit 3
beim Anliegen eines Signals am Eingang a, d. h. bei
Lenkunterstützungsbedarf, den Feldeffekt-Transistor 3
mit einem zeitlich nicht konstanten Signal beauf
schlagt. Dieses Signal kann eine Rampenfunktion sein,
die bewirkt, daß der Widerstand des
Feldeffekt-Transistors 2 nicht schlagartig von
unendlich auf einen sehr kleinen Wert zurückgeht,
sondern über eine gewisse Zeitspanne, im allgemeinen
mehreren Millisekunden, auf diesen niedrigen Wert
zurückgeht. Damit soll der in der Anlaufphase des
Elektromotors 1 langsam ansteigende Widerstand des
Elektromotors 1 kompensiert werden.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Steuerein
heit 3 in Fig. 2 in einen Regelkreis einzubinden. Dazu
ist der Sensor 7 vorgesehen, der den Gesamtstrom der
durch den Elektromotor 1 fließt, registriert und als
Istwert an den Eingang c der Steuereinheit 3 weiter
gibt. Die Steuereinheit 3 ermittelt nun, welcher
Vorwiderstand benötigt wird, um den Gesamtwiderstand
aus Feldeffekt-Transistor 2 und Elektromotor 1 größer
als einen bestimmten Mindestwert zu halten, d. h. um
den Gesamtstromfluß durch den Elektromotor 1 zu
begrenzen. Die Steuereinheit 3 beaufschlagt den
Feldeffekt-Transistor 2 dann mit einem entsprechenden
Sollwert. Die Ermittlung des Sollwerts kann sowohl auf
analoge als auch auf digitale Weise erfolgen.
In Fig. 3 ist der funktionelle Zusammenhang zwischen
Gesamtstrom I(t) durch den Elektromotor 1, aufgetragen
über der Zeit t sowie der elektrische Widerstand
RFET(t) des Feldeffekt-Transistors 2, aufgetragen
über der Zeit t angegeben. Die durchgezogenen Linien
deuten jeweils den zeitlichen Verlauf bei Verwendung
des Feldeffekt-Transistor 2 als reinem Schalter dar,
die gestrichelten Linien geben den zeitlichen Verlauf
bei Verwendung des Feldeffekt-Transistors 2 als Vor
widerstand an. Man erkennt, daß bei einer Verwendung
des Feldeffekt-Transistors 2 als Schalter der Wider
stand RFET(t) sehr schnell von unendlich auf einen
Minimalwert RL fällt. Damit einhergehend steigt der
Strom I(t) zunächst sehr stark an um dann langsam ab
zufallen und den Wert ID des Stroms im Dauerbetrieb
anzunehmen.
Wird der Feldeffekt-Transistors 2 allerdings als Vor
widerstand betrieben und z. B. so angesteuert, daß die
gestrichelte Linie für RFET(t) erzielt wird, die
einem exponentiellen Abfall entspricht, so ergibt sich
für den Strom I(t) ein Verlauf, der zwar recht schnell
den Endwert ID einnimmt, diesen Wert aber nie
übersteigt.
Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
2 Feldeffekt-Transistor
3 Steuereiheit
4 Lenkmomentsensor
5 Beleuchtungsschalter
6 Fahrzeugbeleuchtung
7 Sensor
8 Fahrzeugbatterie
2 Feldeffekt-Transistor
3 Steuereiheit
4 Lenkmomentsensor
5 Beleuchtungsschalter
6 Fahrzeugbeleuchtung
7 Sensor
8 Fahrzeugbatterie
Claims (5)
1. Hilfskraftlenkanlage für Kraftfahrzeuge mit einer
von einem Elektromotor (1) angetriebenen Hydraulik
pumpe, welche über hydraulische Leitungen mittels
eines Steuerventils mit mindestens einer Arbeits
kammer eines Hydraulikzylinders verbindbar ist,
der zur Lenkkraftunterstützung an eine mechanische
Lenkung angekoppelt ist, wobei der Elektromotor
(1) in einem Stand-by-Modus mit reduzierter
Leistung betrieben wird, wenn keine Lenkkraft
unterstützung benötigt wird und dem Elektromotor
(1) die volle elektrische Leistung dann zugeführt
wird, wenn eine Lenkkraftunterstützung erforder
lich ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromotor (1) im Stand-by-Modus bei
abgeschalteter Fahrzeugbeleuchtung (6) mit stark
reduzierter Leistung und bei angeschalteter Fahr
zeugbeleuchtung (6) mit schwach reduzierter
Leistung betrieben wird.
2. Hilfskraftlenkanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die reduzierte
Leistung im Stand-by-Modus bei abgeschalteter
Fahrzeugbeleuchtung 0% und bei angeschalteter
Fahrzeugbeleuchtung mindestens 50% der Maximal
leistung des Elektromotors (1) beträgt.
3. Hilfskraftlenkanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrische
Leistungsversorgung des Elektromotors (1) über
einen Feldeffekt-Transistor (2) erfolgt, und daß
eine Steuereinheit (3) vorhanden ist, von der der
Feldeffekt-Transistor (2) so angesteuert wird,
daß der elektrische Gesamtwiderstand aus Feld
effekt-Transistor (2) und Elektromotor (1) einen
Grenzwert nicht unterschreitet.
4. Hilfskraftlenkanlage nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Sensor (7)
und ein Stellglied vorhanden sind, die mit der
Steuereinheit (3) sowie dem Feldeffekt-Transistor
(3) und dem Elektromotor (1) einen Regelkreis
bilden.
5. Hilfskraftlenkanlage nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerein
heit (3) bei dem Beginn eines Hilfskraftunter
stützungsbedarfs den Feldeffekt-Transistor (2)
mit einem Signal ansteuert, dessen zeitlicher
Verlaufspeziell abgestimmt und fest vorgegeben
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307864 DE4307864A1 (de) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | Hydraulische Hilfskraftlenkanlage mit bedarfsabhängig zuschaltbarer elektrisch betriebener Pumpe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307864 DE4307864A1 (de) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | Hydraulische Hilfskraftlenkanlage mit bedarfsabhängig zuschaltbarer elektrisch betriebener Pumpe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4307864A1 true DE4307864A1 (de) | 1994-09-15 |
Family
ID=6482614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19934307864 Pending DE4307864A1 (de) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | Hydraulische Hilfskraftlenkanlage mit bedarfsabhängig zuschaltbarer elektrisch betriebener Pumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
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