DE4307864A1

DE4307864A1 - Hydraulische Hilfskraftlenkanlage mit bedarfsabhängig zuschaltbarer elektrisch betriebener Pumpe

Info

Publication number: DE4307864A1
Application number: DE19934307864
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Beer; Wolfgang Schulze
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-15

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.

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 R_FET(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 R_FET(t) sehr schnell von unendlich auf einen Minimalwert R_L fällt. Damit einhergehend steigt der Strom I(t) zunächst sehr stark an um dann langsam ab zufallen und den Wert I_D 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 R_FET(t) erzielt wird, die einem exponentiellen Abfall entspricht, so ergibt sich für den Strom I(t) ein Verlauf, der zwar recht schnell den Endwert I_D einnimmt, diesen Wert aber nie übersteigt.

Bezugszeichenliste

1 Elektromotor
2 Feldeffekt-Transistor
3 Steuereiheit
4 Lenkmomentsensor
5 Beleuchtungsschalter
6 Fahrzeugbeleuchtung
7 Sensor
8 Fahrzeugbatterie

Claims

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.