DE69632387T2

DE69632387T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich von Drehmoment-Lenkeffekten

Info

Publication number: DE69632387T2
Application number: DE69632387T
Authority: DE
Inventors: Don Blandino; Joseph D. Miller; Chris Mantjios
Original assignee: TRW Automotive US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: EP0787642B1; US6032755A; DE69632387D1; EP0787642A3; EP0787642A2; JPH09207802A; BR9700755A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung befasst sich im Allgemeinen mit der Steuerung eines Fahrzeugservolenksystems und ist genauer gesagt auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleichen von einem Drehmoment-Lenkeffekt in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb gerichtet.
Hintergrund der Erfindung
In den meisten Frontantriebsfahrzeugen wird ein als "Drehmoment-Lenkeffekt" bekanntes Phänomen erfahren. Der Drehmoment-Lenkeffekt ist ein Fahrzeuglenkeffekt, der aus dem Drehmoment resultiert, das von einem Fahrzeugmotor entwickelt wird. Es gibt zwei Hauptgründe für den Drehmoment-Lenkeffekt. Zum ersten resultiert der Drehmoment-Lenkeffekt, wenn Drehmoment, das von dem Fahrzeugmotor entwickelt wurde, ungleichmäßig zu den Fahrzeugvorder- bzw. Fronträdern übertragen wird. Zum Zweiten resultiert ungleichmäßiges Laufen der Fahrzeugvorderräder ansprechend auf das Drehmoment, das von dem Fahrzeugmotor entwickelt wird, ebenfalls in Drehmoment-Lenkeffekten.
Das Konzept von Drehmoment-Lenkeffekten wird am einfachsten durch ein Beispiel verstanden. Angenommen ein Fahrer fährt in einem Frontantriebsfahrzeug auf einem geraden Pfad eine gerade Straße herab. Wenn dieser Fahrer plötzlich beschleunigt, d. h. schnell die Motorumdrehungen-pro-Minute ("UPMs") erhöht, dann wird das Fahrzeug dazu tendieren, entweder nach links oder rechts zu lenken als ein Ergebnis des Drehmoment-Lenkeffekts auf das Fahrzeug. Diese Situation erfordert somit von dem Fahrer, den Drehmoment-Lenkeffekt auszugleichen, um seinen richtigen Fahrpfad die Straße herunter beizubehalten.
Es soll auf den Artikel "Torque Steer Control System", Research Disclosure, No. 327, 1. Juli 1991, Emsworth GB (Seite 488) aufmerksam gemacht werden, der eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgleichen von Drehmoment-Lenkeffekten in einem Steer-by-Wire"-Frontantriebfahrzeug, das die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 5 definierten Merkmale aufweist. Der Grad von Drehmoment-Lenkeffekten wird durch einen passenden Giersensor gemessen, der eine Ansprechzeit besitzt, die schneller ist, als die Ansprechzeit des Fahrers. Ferner ist ein Sensor vorgesehen zum Abfühlen, ob der Fahrzeugfahrer versucht, das Fahrzeug zu lenken. Wenn der Fahrer nicht lenkt, der Giersensor aber anzeigt, dass das Fahrzeug „lenkt", wird ein Lenksteuermodul aktiviert, um den unerwünschten Drehmoment-Lenkeffekt auszugleichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgleichen von Drehmoment-Lenkeffekten gemäß Anspruch 1 bzw. 5 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einer Vorrichtung zum Ausgleichen von einem Drehmoment-Lenkeffekt in Frontantriebsfahrzeugen und eliminiert die Notwendigkeit für Fahrerinteraktion, um die Wirkungen des Drehmoment-Lenkeffekts auszugleichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zum Ausgleichen von Drehmoment-Lenkeffekten in einem Fahrzeug, das ein Servolenksystem besitzt. Die Vorrichtung weist Mittel auf zum Abfühlen von mindestens einem Betriebsmerkmal eines Fahrzeugs, das eine Anzeige bildet für Drehmoment-Lenkeffekte, wobei die Mittel zum Abfühlen von mindestens einem Betriebsmerkmal Mittel zum Abfühlen der Motorumdrehungen-pro-Minute des Fahrzeugmotors umfassen. Mittel sind vorgesehen zum Abfühlen eines vom Fahrer angelegten Lenkdrehmoments.
Die Vorrichtung umfasst ferner Steuermittel zum Steuern des Servolenksystems, und zwar ansprechend auf das abgefühlte, vom Fahrer angelegte Lenkdrehmoment und ansprechend auf das mindestens eine abgefühlte Betriebsmerkmal, um den Drehmoment-Lenkeffekt auszugleichen, wobei das mindestens eine Betriebsmerkmal die Motorumdrehungen sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zum Abfühlen eines Betriebsmerkmals eines Fahrzeugs, das eine Anzeige für den Drehmoment-Lenkeffekt bildet, die Motordrehzahl.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zum Ausgleichen von Drehmoment-Lenkeffekten in einem Fahrzeugservolenksystem. Das Verfahren weist die Schritte des Abfühlens von mindestens einem Fahrzeugbetriebsmerkmal, das eine Anzeige für Drehmoment-Lenkeffekte bildet, auf, inklusive Abfühlen von Umdrehungen-pro-Minute des Fahrzeugmotors, Abfühlen von angelegtem Drehmoment durch einen Fahrzeugfahrer und Steuern des Servolenksystems, um den Drehmoment-Lenkeffekt auszugleichen, wobei das Steuern ansprechend ist auf das abgefühlte Lenkdrehmoment und das abgefühlte Betriebsmerkmal, das eine Anzeige für Drehmoment-Lenkeffekte bildet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des Abfühlens eines Betriebsmerkmals, das eine Anzeige für Drehmoment-Lenkeffekte bildet, entweder den Schritt des Abfühlens von Umdrehungen-pro-Minute des Fahrzeugmotors oder den Schritt des Abfühlens von Straßen-Rad-Antriebsdrehmoment.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangenen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann des Gebiets, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Betrachten der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung offensichtlich werden, wobei zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Drehmoment-Lenkeffekt-Ausgleich-Systems hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Mit Bezug auf 1 umfasst ein Fahrzeug-Drehmoment-Lenkeffekt-Ausgleich- bzw. Kompensationssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeuglenkrad 12 verbunden mit einer Antriebswelle 14. Ein Ritzelzahnrad 16 ist mit einer Abtriebswelle 18 verbunden. Die Antriebswelle 14 ist gekoppelt mit der Abtriebswelle 18 durch eine Torsionsstange 20. Die Torsionsstange 20 verdreht sich ansprechend auf Drehmoment, angelegt an das Fahrzeuglenkrad 12, und gestattet relative Drehung zwischen der Antriebswelle 14 und der Abtriebswelle 18. Anschläge, nicht gezeigt, begrenzen den Betrag der relativen Drehung zwischen der Antriebswelle 14 und der Abtriebswelle 18, in einer in der Technik bekannten Weise.
Das Ritzelzahnrad 16 besitzt Schraubenzähne (nicht gezeigt), die in Zahneingriff stehen mit gerade geschnittenen Zahnradzähnen (nicht gezeigt) an einem linearen Lenkglied oder Zahnstange 22. Die Zahnstange 22 ist gekoppelt mit lenkbaren Fahrzeugrädern 24 und 26 durch Lenkverbindung in einer bekannten Weise. Das Ritzelzahnrad 16 zusammen mit der Zahnstange 22 bildet einen Zahnstangen- und Ritzelgetriebesatz.
Der Fahrzeugmotor 27 ist antriebsmäßig mit den Rädern 24, 26 in einer bekannten Weise gekoppelt. Die Räder 24, 26 gehören zu einem Frontantriebsfahrzeug. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf ein Allradangetriebenes Fahrzeug.
Wenn das Lenkrad 12 gedreht wird, wandelt der Zahnstangen- und Ritzelgetriebesatz die Drehbewegung des Lenkrads 12 in Linearbewegung der Zahnstange 22 um. Wenn die Zahnstange 22 sich linear bewegt, schwenken die lenkbaren Räder 24 und 26 um ihre assoziierten Lenkachsen und das Fahrzeug wird gelenkt. Ein elektrischer Hilfsmotor 28 ist antriebsmäßig mit der Zahnstange 22 durch vorzugsweise eine Kugelmutterantriebsanordnung (nicht gezeigt) verbunden. Der Motor 28 sieht, wenn erregt, Servodrehmoment vor, um einem Fahrzeugfahrer bei Lenkbewegung der Zahnstange 22 und wiederum Lenken des Fahrzeugs zu helfen.
Ein Wellenpositionssensor 30 ist betriebsmäßig über die Antriebswelle 14 und die Abtriebswelle 18 angeschlossen. Der Wellenpositionssensor 30 in Kombination mit der Torsionsstange 20 bildet einen Drehmomentssensor 32. Der Wellenpositionssensor 30 sieht ein Ausgangssignal auf Leitung 34 vor, das einen Wert besitzt, der eine Anzeige für die relative Drehposition zwischen der Antriebswelle 14 und der Abtriebswelle 18 bildet. Diese relative Drehposition zwischen der Antriebswelle 14 und der Abtriebswelle 18 ist anzeigend für das Lenkdrehmoment, das durch den Fahrzeugfahrer an das Fahrzeuglenkrad 12 angelegt wird. Somit ist der Wert des Ausgangssignals auf Leitung 34 von dem Wellenpositionssensor 30 anzeigend für den Wert oder Betrag von dem an das Fahrzeuglenkrad 12 angelegte Lenkdrehmoment und wird hierin bezeichnet als "angelegtes Lenkdrehmoment".
Das angelegte Lenkdrehmomentssignal auf Leitung 34 ist verbunden mit einer Lenkdrehmomentbefehlsschaltung 36. Die Lenkdrehmomentbefehlsschaltung 36 bestimmt die Größe des gewünschten Hilfsdrehmoments, die durch den Motor 28 vorgesehen werden soll und sieht eine Drehmoment-Befehlsausgangsgröße 40 vor, die einen Wert der Solldrehmomentunterstützung bildet. Die Drehmoment-Befehlsausgangsgröße 40 ist ein Funktion von zwei Parametern: (i) der Wert des angelegten Lenkdrehmoments und (ii) die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 38 sieht ein Fahrzeuggeschwindigkeitsausgangssignal zu der Drehmomentbefehlsschaltung 36 vor, und zwar mit einem Wert, der eine Anzeige für die abgefühlte Fahrzeuggeschwindigkeit bil det. Typischer Weise vermindert sich der Betrag der Solldrehmomentunterstützung von dem Motor 28, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht. Darauf wird in der Technik Bezug genommen als "geschwindigkeitsproportionales Lenken". Zusätzlich zu der Drehmoment-Befehlsausgangsgröße 40 sieht die Lenkdrehmomentbefehlsschaltung 36 einen Vorzeichenausgang 42 vor, der einen Vorzeichenwert besitzt, der eine Anzeige für die Richtung des angelegten Lenkdrehmoments (d. h. Linksdrehung oder Rechtsdrehung) bildet, und zwar angezeigt durch die Ausgangsgröße auf Leitung 34 des Drehmomentsensors 32. Der Betriebe einer Drehmomentbefehlsschaltung, wie zum Beispiel Schaltung 36, zum Steuern eines Elektrohilfsmotors ansprechend auf angelegtes Lenkdrehmoment und Fahrzeuggeschwindigkeit ist in der Technik bekannt und eine detaillierte Beschreibung eines solchen Betriebs wird hierin nicht im Detail diskutiert. Ein Beispiel einer Drehmomentbefehlsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in U.S. Patent Nr. 5,257,828 von Miller et al. beschrieben.
Der Ausgang 40 der Lenkdrehmomentbefehlsschaltung 36 ist verbunden mit einem Eingang einer Summierschaltung 44. Eine Multiplizierschaltung 46 sieht eine Lenkdrehmomentkompensationsausgangsgröße 48 vor, die verbunden ist mit einem anderen Eingang der Summierschaltung 44. Die Summierschaltung 44 sieht eine kompensierte Drehmomentbefehlsausgangsgröße 50 vor die gleich ist der Summe des Drehmomentbefehlswertes am Ausgang 40 und des Drehmoment-Lenkeffekt-Kompensationswertes am Ausgang 48. Der Wert der kompensierten Drehmomentbefehlsausgangsgröße 50 ist der Wert des benötigten Hilfsdrehmoments, um zu bewirken, dass der Motor 28 1) das gewünschte Lenkhilfsdrehmoment (Ausgang 40) vorsieht und 2) den Drehmoment-Lenkeffekt an dem Fahrzeug (Ausgang 48) kompensiert.
Die Lenkdrehmomentkompensationsausgangsgröße 48 ist der Wert des Vorzeichenausgangs 42 mal dem Wert der Drehmoment-Lenkeffektausgangsgröße 56, vorgesehen durch eine Drehmoment-Lenkeffektsteuerschaltung 58. Die Drehmoment-Lenkeffektsteuerschaltung 58 bestimmt den Wert der Drehmoment-Lenkeffektausgangsgröße 56 ansprechend auf 1) Fahrzeuggeschwindigkeit abgefühlt durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 38 und 2) Fahrzeugmotor-U. P. M. abgefühlt durch einen Motor-U. P. M.-Sensor 60. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Drehmoment-Lenkeffektsteuerschaltung 58, zusammen mit der Multipliziervorrichtung 46, der Summierschaltung 44 und Lenkdrehmomentbefehlsschaltung 36 alle in einer Microcomputer-Steuervorrichtung 62 programmiert. Die Motordrehzahl bildet eine Anzeige für die Größe des Drehmoment-Lenkeffekts.
Die funktionelle Beziehung zwischen dem Wert der Drehmoment-Lenkeffektausgangsgröße 56 und der Fahrzeuggeschwindigkeit von Sensor 38 und Motor-U. P. M. von Sensor 60 ist abhängig von der speziellen Fahrzeug-Bodengruppe von Interesse. Es wird erwartet, dass jede Fahrzeug-Bodengruppe eine assoziierte, funktionelle Beziehung besitzt. Für eine spezielle Fahrzeug-Bodengruppe von Interesse kann die funktionelle Beziehung der Drehmoment-Lenkeffektkompensation empirisch bestimmt und in Form einer internen Nachschlagtabelle (Speicher) in der Microcomputer-Steuervorrichtung 62 gespeichert werden. Alternativ kann die funktionelle Beziehung der Drehmoment-Lenkeffektkompensation durch eine Gleichung, gespeichert in der Steuervorrichtung 62, definiert werden.
Die Drehmomentkompensationsausgangsgröße 50, die von der Summierschaltung 44 geliefert wird, ist mit einer Antriebssteuerschaltung 52 verbunden. Die Antriebssteuerschaltung 52 verwendet die Drehmomentkompensationsausgangsgröße 50 beim Steuern des Motorerregungsstroms und der Motorrichtung. Eine Motorantriebsausgangsgröße 54 wird an den Motor 28 geliefert, um den Motor 28 zu erregen, was bewirkt, dass der Motor die ausgeglichene Drehmomentshilfe entwickelt, d. h. Drehmomentshilfe kompensierend für irgendeinen abgefühlten Drehmoment-Lenkeffekt.
Obwohl die vorliegende Erfindung beschrieben wurde mit Bezug auf ein elektrisches Servolenksystem, ist die Erfindung nicht auf ein solches System begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann mit gleicher Zweckmäßigkeit in einem Frontantriebs- oder Allradantriebsfahrzeug, das ein hydraulisches Servolenk system besitzt, verwendet werden. In einem hydraulischen System wird an Stelle von einem elektrisch gesteuerten Elektrohilfsmotor hydraulischer Differenzdruck elektrisch gesteuert, ansprechend auf gemessenes Motor-U. P. M. oder abgefühltes Straßen-Rad-Antriebsdrehmoment, um den Fahrzeug-Drehmoment-Lenkeffekt auszugleichen. Elektrische Steuerung eines hydraulischen Servolenksystems wird erreicht durch elektrische Steuerung eines Ventils zwischen einer Pumpe und der hydraulischen Hilfseinrichtung.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen entnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen durch die abhängigen Ansprüche abgedeckt werden.

Claims

Eine Vorrichtung (10) zum Ausgleichen bzw. Kompensieren von Drehmoment-Lenkeffekten in einem Fahrzeug, das ein Servolenksystem besitzt, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: Mittel (60, 61) zum Abfühlen von mindestens einem Betriebsmerkmal eines Fahrzeugs, das eine Anzeige bildet für einen Drehmoment-Lenkeffekt; Mittel (32) zum Abfühlen eines vom Fahrer angelegten Lenkdrehmoments; und Steuermittel (62) zum Steuern des Servolenksystems, und zwar ansprechend auf das abgefühlte, vom Fahrer angelegte Lenkdrehmoment und ansprechend auf das mindestens eine abgefühlte Betriebsmerkmal, das eine Anzeige bildet für den Drehmoment-Lenkeffekt, um den Drehmoment-Lenkeffekt zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine abgefühlte Betriebsmerkmal des Fahrzeugs, das eine Anzeige bildet für den Drehmoment-Lenkeffekt, die Motorumdrehungen-pro-Minute des Fahrzeugmotors (27) ist.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner Mittel (38) aufweist zum Abfühlen der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei die Steuermittel (62) ferner auf die abgefühlte Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechen, um den Drehmoment-Lenkeffekt zu kompensieren.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Servolenksystem einen Elektromotor (28) aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Servolenksystem eine hydraulische Einrichtung aufweist.
Ein Verfahren zum Kompensieren von einem Drehmoment-Lenkeffekt in einem Fahrzeugservolenksystem, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Abfühlen von zumindest einem Fahrzeugbetriebsmerkmal, das eine Anzeige bildet für den Drehmoment-Lenkeffekt; Abfühlen des durch einen Fahrzeugfahrer angelegten Lenkdrehmoments; Steuern des Servolenksystems, um den Drehmoment-Lenkeffekt zu kompensieren, wobei der Schritt des Steuerns auf das abgefühlte angelegte Lenkdrehmoment und das zumindest eine, eine Anzeige für den Drehmoment-Lenkeffekt bildende abgefühlte Betriebsmerkmal anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abfühlens des zumindest einen Fahrzeugbetriebsmerkmals, das eine Anzeige bildet für den Drehmoments-Lenkeffekt, das Abfühlen der Umdrehungen-pro-Minute des Fahrzeugmotors umfasst.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach Anspruch 5, die ferner den Schritt des Abfühlens der Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen, wobei der Schritt des Steuerns ferner auf die abgefühlte Fahrzeuggeschwindigkeit anspricht.