EP0470115A1 - Servolenkeinrichtung mit einem elektromotor - Google Patents

Servolenkeinrichtung mit einem elektromotor

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Publication number
EP0470115A1
EP0470115A1 EP19900906206 EP90906206A EP0470115A1 EP 0470115 A1 EP0470115 A1 EP 0470115A1 EP 19900906206 EP19900906206 EP 19900906206 EP 90906206 A EP90906206 A EP 90906206A EP 0470115 A1 EP0470115 A1 EP 0470115A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
steering device
outputs
inputs
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19900906206
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Armin Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP0470115A1 publication Critical patent/EP0470115A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input

Definitions

  • the invention relates to a power steering device according to the preamble of the first claim. It is mainly used for steering motor vehicles.
  • Such a power steering device with an electronic control is known from DE-A 34 29 233.
  • An analog comparator determines the polarity of a steering torque signal with respect to the zero level and outputs a binary signal.
  • the steering torque signal is simultaneously fed to an absolute value circuit, the output signal of which gives the magnitude of the steering torque.
  • the steering torque signal is compared with a normal torque signal and shaped according to a desired characteristic, according to which the current of the electric motor is controlled by pulse width modulation.
  • the direction of rotation of the electric motor is determined by means of a logic circuit by the output signal of the analog comparison.
  • Supply voltages are operated that have a positive and negative potential in relation to the ground potential of the vehicle. Since the vehicle ground is usually connected to the negative pole of the battery, a special voltage converter is required to generate a negative voltage.
  • the invention has for its object to make a power steering device with an electrical control of the type described simple and safe.
  • the construction of the entire control system is very simple due to the small number of components. Furthermore, the reliability is increased due to the simplicity of the circuit and the few components. At the same time, the disadvantage of the known control system is avoided that the signal levels in the control system shift inadmissibly if one of the symmetrical supply voltages fails. In addition, the zero point stability is improved since parameter shifts due to temperature fluctuations or material aging etc. have the same effect in both signal paths.
  • a steering signal is usually, for. B. in power-assisted steering devices, a signal proportional to the steering torque (steering torque signal) is used.
  • steering torque signal a signal proportional to the steering torque
  • position signals, steering angle signals or the like are appropriate.
  • suitable actual value sensors are to be used, the signals of which are compared in a differential amplifier circuit with the steering signals of the two signal paths.
  • the current of the electric motor with the help of a current sensor, for. B. a magnetic circuit with Hall generator measured.
  • output voltage is a function of the product of its control current and the current of the electric motor, the polarity of the output signal depends in ⁇ the direction of the motor current from.
  • the output signals are fed to the two operational amplifiers with the corresponding steering torque signals in a differential amplifier circuit.
  • the output signal of the current sensor is measured with the aid of two additional operational amplifiers connected in parallel
  • Differential amplifier circuit split into two paths by the output signal lines of the current sensor are connected to the inputs of one additional operational amplifier in any order and to the inputs of the other additional operational amplifier in the opposite order.
  • the outputs of the differential amplifiers are now assigned to the inputs of the first and second operational amplifiers in the manner that is customary in a setpoint / actual value comparison.
  • the difference between the steering signal and the current signal result in the controlled variable for controlling the electric motor. Since the current signal at the output of the Hall generator can be changed by means of the control current of the Hall generator, it is proposed in an embodiment of the invention to control the control current depending on a suitable parameter, for. B. the driving speed, etc. to change. Auxiliary support can thus be modified depending on the selected parameter.
  • a suitable parameter for. B. the driving speed, etc.
  • Auxiliary support can thus be modified depending on the selected parameter.
  • the power In power steering devices with power assist, it is common for the power to increase so much from a predeterminable point that the hand power on the steering wheel does not increase or only increases slightly. In one case, this is achieved by designing the current sensor so that its magnetic circuit saturates when the desired characteristic value is reached. As a result, the current signal no longer rises, so that the output signal of the first or second operational amplifier essentially rises from this operating point onwards
  • Steering torque signal is determined.
  • the same effect can be achieved by limiting the upper supply voltage of the additional operational amplifiers in accordance with the desired operating point.
  • the controller In principle, it is possible to design the controller with constant supply voltages for the additional operational amplifiers. According to an embodiment of the invention, however, it is proposed to keep the lower or upper supply voltage of the additional operational amplifiers variable and to modify them as a function of any parameters.
  • Such parameters can e.g. B. the vehicle speed or acceleration, the steering angle, etc.
  • FIG. 1 shows a diagram of the motor current over the input voltage as a function of the control current of the Hall generator for a specific upper and lower supply voltage of the additional operational amplifiers.
  • the steering device can only be operated with external power.
  • the positioning movements are effected exclusively by the electric motor and the signal transmitters for the steering signal or for the feedback actual value signal relate to travel ranges, positions, angular positions etc.
  • it can also be designed as a power steering device with assisted assistance. This acts as an actuating force parallel to the manual forces generated by the driver and the signal transmitters relate to steering torques, actuating forces, actuating torques or corresponding proportional variables, e.g. B. the current of the electric motor 1.
  • a power steering device usually consists of a steering wheel with a steering spindle, which is drivingly connected to the wheels of a vehicle via a steering gear and steering linkage. These parts are not shown.
  • an electric motor 1 on a suitable transmission member for. B. the steering shaft, the steering gear or the steering linkage.
  • a steering sensor here a steering torque sensor 3, generates opposite voltage potentials at its outputs 6 and 7 with a steering torque depending on the direction of rotation.
  • the output 6 is via a resistor 15 with a non-inverting input 9 of an operational amplifier 10 connected as a differential amplifier and via one Resistor 16 is connected to an inverting input 12 of an operational amplifier 13 connected in parallel as a differential amplifier.
  • the output 7 of the steering sensor 3 is present via a resistor 17 at an inverting input 8 of the operational amplifier 10 and via a resistor 18 at a non-inverting input 11 of the second operational amplifier 13.
  • the operational amplifiers 10 and 13 can be driven up to ground potential, so that the
  • Operational amplifier 10 only generates a signal at its output 20 if the voltage potential at output 6 of steering sensor 3 is greater than the voltage potential at output 7 of steering sensor 3. If this voltage signal is assigned to a left-turning steering torque, this steering signal for the left turn is only in one processed first signal path 5, to which the first
  • Operational amplifier 10 belongs. If the voltage state at the outputs 6 and 7 of the steering sensor 3 is reversed, so that the voltage potential at the output 6 is less than the voltage potential at the output 7, only the second operational amplifier 13 generates a signal at its output and thus forms a second signal path 4 for Steering signal, which can be assigned analogously to a right-turning steering torque or a right turn of the wheels.
  • the output signals of the operational amplifiers 10, 13 are positive and are supplied to two modulators connected in parallel via resistors 21, 22. These consist of comparators 23 and 24, which are generated in a known manner using a vibration generator 14
  • Resistors 34, 35 can be provided to stabilize the comparators 23, 24.
  • a current sensor in the example shown a magnetic circuit 75 with Hall generator 25, measures the current of the electric motor 1 and generates at its outputs 26, 27 a signal which is a function of the product of the motor current and the control current of the Hall generator.
  • the outputs 26, 27 are connected to the inputs 8, 9, 11, 12 of the first and second operational amplifiers 10 and 13 via resistors 28, 29, 30 and 31 in a differential amplifier arrangement in accordance with their assignment to a right or left turning steering torque of the electric motor 1 .
  • the influence of the assistant can be determined and depending on any operating parameters, for. B. affect speed, acceleration, steering angle, etc.
  • Limit auxiliary force or limit actuating force can be determined by designing the magnetic circuit 75 by going into saturation when the limit current is reached.
  • a potentiometer 43 is connected via resistors 36, 37 to the inverting inputs 8, 12 of the operational amplifiers 10, 13.
  • two additional operational amplifiers 50 and 51 with resistors 52 to 59 are connected as differential amplifiers between the Hall generator 25 and the operational amplifiers 10 and 13.
  • the output 27 of the Hall generator 25 is connected via the resistor 53 to the inverting input 60 of the operational amplifier 50 and via the resistor 58 to the non-inverting input 61 of the operational amplifier 51, while the output 26 of the Hall generator 25 via the resistor 54 to the non-inverting Input 62 of operational amplifier 50 and is connected via resistor 57 to inverting input 63 of operational amplifier 61.
  • Output 64 of operational amplifier 50 is through resistors 28 and 29 to the first and second Operational amplifiers 10 and 13 are connected, while the output 65 of the additional operational amplifier 51 is connected to the operational amplifiers 10 and 13 via the resistors 30 and 31.
  • the current signal similar to the steering signal, is divided into two signal paths 66 and 67 and the output signals of the additional ones
  • the output signals of the additional differential amplifiers are determined in the lower limit by the lower supply voltage and in the upper limit by the • - ⁇ upper supply voltage.
  • the lower limit value can be changed by a potentiometer 69 and the upper supply voltage by a potentiometer 68.
  • the output signal at outputs 19 and 20 is only determined by the magnification of the steering signal.
  • the output signal at outputs 64 and 65 is proportional to the product of the motor current and the control current Is of the Hall generator 25.
  • the control current - • the output signal depending on any parameters and thus the characteristic of the Force of the motor can be changed.
  • 3 shows characteristic curves of the motor current as a function of the control current, the Hall generator and the supply voltage.
  • the voltage range 68 characterizes the lower limit voltage, while the upper limit voltage determines the current value 69 above which the manual force no longer increases significantly.
  • the dashed curves show corresponding characteristic curves for changed control currents of the Hall generator.
  • the motor current is proportional to the motor torque and thus the actuating force that is available to adjust the wheels or to support the manual force.
  • the embodiment according to FIG. 4 largely corresponds to the embodiment according to FIG. 2, but with the difference that the output 6 of the steering sensor is connected to the ground potential, so that this serves as a reference potential. This simplifies the circuit structure with otherwise the same functionality.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the invention similar to that of FIG. 2, but the supply voltages of the additional operational amplifiers 50 and 51 cannot be regulated. Instead, their outputs 64 and 65 are connected to a potentiometer 42 via resistors 40, 41 and diodes 74, 73. If the signal fed back from the outputs 64 and 65 exceeds the voltage value set at the potentiometer 42, the diodes 74, 73 limit the current feedback via the resistors 52, 56 to the inverting inputs 60, 63, which greatly increases the amplifier effect. As a result, the actuating force or the increases from this operating point
  • Auxiliary power assistance increases steeply depending on the steering signal.
  • Potentiometer 43 applies a variable bias voltage via resistors 36 and 37 to the inverting inputs of first and second operational amplifiers 13 and 10, so that outputs 19 and 20 only then turn on Signal arises when the steering signal is the set one
  • FIG. 6 shows a simplified embodiment similar to the embodiment according to FIG. 5.
  • the output 7 of the steering sensor 3 is connected to the ground potential in the embodiment according to FIG.
  • the resistors 53, 54, 55, 58 and 59 can be omitted, which increases the yield of the torque sensor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Description

Servolenkeinrichtung mit einem. Elektromotor
Die Erfindung betrifft eine Servolenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Sie wird vor allem zum Lenken von Kraftfahrzeugen angewendet.
Eine derartige Servolenkeinrichtung mit einer elektronischen Steuerung ist durch die DE-A 34 29 233 bekannt. Ein Analogvergleicher ermittelt die Polarität eines Lenkmomentsignals in bezug auf den Pegel Null und gibt ein binäres Signal ab. Das Lenkmomentsignal wird gleichzeitig einer Absolutwertschaltung zugeleitet, deren Ausgangssignal die Größe des Lenkmoments ergibt. In weiteren Steuerblöcken wird das Lenkmomentsignal mit einem Normaldrehmomentsignal verglichen und entsprechend einer gewünschten Kennlinie geformt, nach der durch Pulsbreitenmodulation der Strom des Elektromotors gesteuert wird. Dabei wird die Drehrichtung des Elektromotors mittels einer logischen Schaltung durch das Ausgangssignal des Analogvergleiches bestimmt.
Die bekannte elektrische Steuerung verwendet zahlreiche elektronische Bausteine. Diese müssen mit
Versorgungsspannungen betrieben werden, die, bezogen auf das Massepotential des Fahrzeugs, ein positives und negatives Potential haben. Da in der Regel die Fahrzeugmasse an dem negativen Pol der Batterie angeschlossen ist, benötigt man zur Erzeugung einer dazu negativen Spannung einen besonderen Spannungswandler.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkeinrichtung mit einer elektrischen Steuerung der eingangs beschriebenen Art einfacher und sicherer zu gestalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst. Durch die Verwendung von Verstärkerelementen der genannten Art, z. B. von Operationsverstärkern mit PNP-Eingangsstufen oder Operationsverstärkern, wie sie in der Zeitschrift "Markt und Technik, Design und Elektronik", Heft 9/1988, Seite 103, beschrieben sind, entfällt eine zusätzliche negative Spannungsquelle. Ferner entfallen Gleichrichter, da die Verstärker nur mit
Versorgungsspannungen zwischen dem Massepotential und einem einzigen weiteren Spannungspotential, in der Regel einem positiven Spannungspotential betrieben werden. Das vom Lenksensor je nach Lenkrichtung positiv bzw. negativ erzeugte Spannungssignal wird ohne großen Aufwand auf zwei getrennte Signalpfade gleicher Polarität geleitet.
Der Aufbau der gesamten Steuerung ist wegen der geringen Anzahl der Bauelemente sehr einfach. Ferner erhöht sich wegen der Einfachheit der Schaltung und der wenigen Bauelemente die Ausfallsicherheit. Gleichzeitig wird der Nachteil der bekannten Steuerung vermieden, daß sich bei Ausfall einer der symmetrischen Speisespannungen die Signalpegel in der Steuerung unzulässig verschieben. Außerdem wird die Nullpunkt-Stabilität verbessert, da sich Parameterverschiebungen infolge von TemperaturSchwankungen oder Materialalterungen usw. in beiden Signalpfaden gleichsinnig auswirken.
Als Lenksignal wird üblicherweise, z. B. bei hilfskraftunterstützten Lenkeinrichtungen ein dem Lenkmomen proportionales Signal (Lenkmomentsignal) verwendet. In besonderen Fällen, z. B. bei einer Hinterradlenkung oder anderen Fremdkraftlenkungen, sind Positionssignale, Lenkwinkelsignale oder dergleichen zweckmäßig. Dementsprechend sind geeignete Istwertsensoren zu verwenden, deren Signale in einer Differenzverstärkerschaltung mit den Lenksignalen der beiden Signalpfade verglichen werden. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Strom des Elektromotors mit Hilfe eines Stromsensors, z. B. eines Magnetkreises mit Hallgenerator, gemessen. Seine Ausgangsspannung (Ausgangssignal) ist eine Funktion des Produktes aus seinem Steuerstrom und dem Strom des Elektromotors, die Polarität des Ausgangssignals hängt vor¬ der Richtung des Motorstroms ab. Die Ausgangssignale werden mit den entsprechenden Lenkmomentsignalen in einer Differenzverstärkerεchaltung den beiden Operationsverstärkern zugeführt.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausgangssignal des Stromsensors, ähnlich wie das Lenkmomentsignal, mit Hilfe von zwei parallel geschalteten zusätzlichen Operationsverstärkern in
Differenzverstärkerschaltung in zwei Pfade aufgespalten, indem die Ausgangssignalleitungen des Stromsensors mit den Eingängen des einen zusätzlichen Operationsverstärkers in beliebiger Reihenfolge und mit den Eingängen des anderen zusätzlichen Operationsverstärkers in der entgegengesetzten Reihenfolge verbunden sind. Die Ausgänge der Differenzverstärker werden nun den Eingängen des ersten und des zweiten Operationsverstärkers in der Weise zugeordnet, wie es bei einem Sollwert-Istwert-Vergleich üblich ist.
Die Differenz des Lenksignals und des Stromsignals ergeben die Regelgröße für die Steuerung des Elektromotors. Da das Stromsignal am Ausgang des Hallgenerators mittels des Steuerstromes des Hallgenerators verändert werden kann, wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den Steuerstrom in Abhängigkeit eines geeigneten Parameters, z. B. der Fahrgeschwindigkeit usw., zu verändern. Damit läßt sich eine Hilfskraftunterstützung in Abhängigkeit des gewählten Parameters modifizieren. Es ist üblich, bei Servolenkeinrichtungen mit Hilfskraftunterstützung die Hilfskraft von einem vorgebbare Punkt so stark ansteigen zu lassen, daß die Handkraft am Lenkrad nicht oder nur geringfügig zunimmt. Dies wird in einem Fall dadurch realisiert, daß der Stromsensor so ausgelegt wird, daß sein Magnetkreis bei Erreichen des gewünschten Kennwertes in Sättigung geht. Dadurch steigt das Stromsignal nicht mehr an, so daß das Ausgangssignal des ersten bzw. zweiten Operationsverstärkers von diesem Betriebspunkt an im -wesentlichen von dem steigenden
Lenkmomentsignal bestimmt wird. In einem anderen Fall kann die gleiche Wirkung dadurch erzielt werden, daß die obere Speisespannung der zusätzlichen Operationsverstärker nach oben entsprechend dem gewünschten Betriebspunkt begrenzt wird.
Bei dieser Ausgestaltung ist es ferner möglich, durch Anhebung der unteren Speisespannung ein Ausgangssignal an beiden zusätzlichen Operationsverstärkern zu erzeugen, wenn noch kein Stromsignal ansteht. Dieses so erzeugte Signal wirkt dem Lenksignal entgegen, so daß eine Hilfskraftunterstützung erst entsteht, wenn das Lenksignal den eingestellten Wert überschreitet.
Grundsätzlich ist es möglich, die Steuerung mit konstanten Speisespannungen für die zusätzlichen Operationsverstärker auszulegen. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, die untere bzw. obere Speisespannung der zusätzlichen Operationsverstärker variabel zu halten und in Abhängigkeit beliebiger Parameter zu modifizieren. Solche Parameter können z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit oder -beschleunigung, der Lenkeinschlagwinkel usw. sein.
Die Ansprüche enthalten sinnvolle Kombinationen von
Lδsungs erkmalen» Der Fachmann wird jedoch ohne weiteres im Rahmen der gestellten Aufgabe weitere sinnvolle Kombiπationsmöglichkeiten in Erwägung ziehen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen die Fig. 1, 2, 4, 5 und 6 Stromlaufpläne verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungen. Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm des Motorstroms über der Eingangsspannung in Abhängigkeit vom Steuerstrom des Hallgenerators bei einer bestimmten oberen und unteren Speisespannung der zusätzlichen Operationsverstärker.
Die Lenkeinrichtung kann ausschließlich mit Fremdkraft betrieben werden. In diesem Falle werden die Stellbewegungen ausschließlich von dem Elektromotor bewirkt und die Signalgeber für das Lenksignal bzw. für das rückgeführte Istwertsignal beziehen -sich auf Stellwege, Positionen, Winkelstellungen usw. Sie kann aber auch als Servolenkeinrichtung mit Hilfskraftunterstützung gestaltet sein. Diese wirkt als Stellkraft parallel zu den vom Fahrer erzeugten Handkräften und die Signalgeber beziehen sich auf Lenkmomente, Stellkräfte, Stellmomente oder entsprechende proportionale Größen, z. B. den Strom des Elektromotors 1.
Eine Servolenkeinrichtung besteht in üblicher Weise aus einem Lenkrad mit einer Lenkspindel, die triebmäßig über ein Lenkgetriebe und Lenkgestänge mit Rädern eines Fahrzeugs verbunden ist. Diese Teile sind nicht dargestellt. Zur Unterstützung der Handkraft am Lenkrad greift ein Elektromotor 1 an einem geeigneten Übertragungsglied, z. B. der Lenkspindel, dem Lenkgetriebe oder dem Lenkgestänge an.
Ein Lenksensor, hier ein Lenkmomentsensor 3, erzeugt an seinen Ausgängen 6 und 7 bei einem Lenkmoment je nach Drehrichtung entgegengesetzte Spannungspotentiale. Der Ausgang 6 ist über einen Widerstand 15 mit einem nicht invertierenden Eingang 9 eines als Differenzverstärker geschalteten Operationsverstärkers 10 und über einen Widerstand 16 mit einem invertierenden Eingang 12 eines als Differenzverstärker parallel geschalteten Operationsverstärkers 13 verbunden. Der Ausgang 7 des Lenksensors 3 liegt über einen Widerstand 17 an einem invertierenden Eingang 8 des Operationsverstärkers 10 und über einen Widerstand 18 an einem nicht invertierenden Eingang 11 des zweiten Operationsverstärkers 13 an.
Die Operationsverstärker 10 und 13 sind bis zum Massepotential aussteuerbar, so daß der
Operationsverstärker 10 an seinem Ausgang 20 nur dann ein Signal erzeugt, wenn das Spannungspotential am Ausgang 6 des Lenksensors 3 größer ist als das Spannungspotential am Ausgang 7 des Lenksensors 3. Wird dieses Spannungssignal einem linksdrehenden Lenkmoment zugeordnet, wird dieses Lenksignal für den Linkseinschlag nur in einem ersten Signalpfad 5 verarbeitet, zu dem der erste
Operationsverstärker 10 gehört. Ist der Spannungεzustand an den Ausgängen 6 und 7 des Lenksensors 3 umgekehrt, so daß das Spannungspotential am Ausgang 6 kleiner ist als das Spannungspotential am Ausgang 7, erzeugt nur der zweite Operationsverstärker 13 an seinem Ausgang ein Signal und bildet damit einen zweiten Signalpfad 4 für ein Lenksignal, das analog einem rechtsdrehenden Lenkmoment bzw. einem Rechtseinschlag der Räder zuzuordnen ist.
Die Ausgangssignale der Operationsverstärker 10, 13 sind positiv und werden über Widerstände 21, 22 zwei parallel geschalteten Modulatoren zugeführt. Diese bestehen aus Komparatoren 23 und 24, die mit Hilfe eines Schwingungsgenerators 14 in bekannter Weise
Pulslängensignale für einen Gegentaktverstärker 2 erzeugen, der den Elektromotor 1 steuert. Zur Stabilisierung der Komparatoren 23, 24 können Widerstände 34, 35 vorgesehen werden. Ein Stromsensor, im gezeigten Beispiel ein Magnetkreis 75 mit Hallgenerator 25, mißt den Strom des Elektromotors 1 und erzeugt an seinen Ausgängen 26, 27 ein Signal, das eine Funktion des Produktes aus dem Motorstrom und dem Steuerstrom des Hallgenerators ist. Die Ausgänge 26, 27 sind entsprechend ihrer Zuordnung zu einem rechts- bzw. linksdrehenden Lenkmoment des Elektromotors 1 über Widerstände 28, 29, 30 und 31 in Differenzverstärkeranordnung an die Eingänge 8, 9, 11, 12 des ersten und zweiten Operationsverstärkers 10 und 13 angeschlossen. Durch Veränderung des Steuerstromes des Hallgenerators 25 läßt sich der Einfluß der Hilfskraft bestimmen und in Abhängigkeit beliebiger Betriebsparameter, z. B. Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lenkwinkel usw. beeinflussen. Die für den Regelkreis wirksame
Grenzhilfskraft bzw. Grenzstellkraft kann durch Auslegung des Magnetkreises 75 bestimmt werden, indem er bei Erreichen des Grenzstromes in die Sättigung geht.
Ein Potentiometer 43 ist über Widerstände 36, 37 an die invertierenden Eingänge 8, 12 der Operationsverstärker 10, 13 angeschlossen.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind zwischen dem Hallgenerator 25 und den Operationsverstärkern 10 und 13 zwei zusätzliche Operationsverstärker 50 und 51 mit Widerständen 52 bis 59 als Differenzverstärker geschaltet. Der Ausgang 27 des Hallgenerators 25 ist über den Widerstand 53 mit dem invertierenden Eingang 60 des Operationsverstärkers 50 und über den Widerstand 58 mit dem nicht invertierenden Eingang 61 des Operationsverstärkers 51 verbunden, während der Ausgang 26 des Hallgenerators 25 über den Widerstand 54 mit dem nicht invertierenden Eingang 62 des Operationsverstärkers 50 und über den Widerstand 57 mit dem invertierenden Eingang 63 des Operationsverstärkers 61 verbunden ist. Ausgang 64 des Operationsverstärkers 50 ist über die Widerstände 28 und 29 mit dem ersten und zweiten Operationsverstärker 10 und 13 verbunden, während der Ausgang 65 des zusätzlichen Operationsverstärkers 51 über die Widerstände 30 und 31 mit den Operationsverstärkern 10 und 13 verbunden ist.
Durch diese Schaltung wird das Stromsignal, ähnlich wie das Lenksignal, in zwei Signalpfade 66 und 67 aufgeteilt und die Ausgangssignale der zusätzlichen
Differenzverstärkerschaltung den Lenksignalen in der ersten
10 Differenzverstärkerschaltung überlagert.
Die AusgangsSignale der zusätzlichen Differenzverstärker werden im unteren Grenzwert von der unteren Speisespannung und im oberen Grenzwert von der •--■ oberen Speisespannung bestimmt. Der untere Grenzwert kann in Abhängigkeit beliebiger Parameter durch ein Potentiometer 69 und die obere Speisespannung durch ein Potentiometer 68 verändert werden.
~~ ~ Durch die Anhebung des unteren Wertes erreicht man, daß das Lenksignal einen entsprechenden Wert zunächst überschreiten muß, bevor ein Ausgangssignal an den Ausgängen 19 bzw. 20 des ersten bzw. zweiten Operationsverstärkers 10, 13 erzeugt wird. Überschreitet das
•--" Stromsignal den oberen Grenzwert, bleibt das Ausgangssignal an den Aufgängen 64 und 65 konstant. Von diesem
Betriebspunkt an wird das Ausgangssignal an den Ausgängen 19 und 20 nur noch von der Vergrößerung des Lenksignals bestimmt. 30
Zwischen dem oberen und unteren Grenzwert ist das Ausgangssignal an den Ausgängen 64 und 65 proportional dem Produkt aus dem Strom des Motors und dem Steuerstrom Is des Hallgenerators 25. Durch Veränderung des Steuerstroms kann --• das Ausgangssignal in Abhängigkeit beliebiger Parameter und damit die Kennlinie der Stellkraft des Motors verändert werden. Die Fig. 3 zeigt charakteristische Kennlinien des Motorstroms in Abhängigkeit des Steuerstroms, des Hallgenerators und der Speisespannung. Der Spannungsbereich 68 kennzeichnet die untere GrenzSpannung, während durch die obere GrenzSpannung der Stromwert 69 bestimmt wird, ab dem die Handkraft nicht mehr wesentlich zunimmt. Die gestrichelten Kurven zeigen entsprechende Kennlinien für veränderte Steuerströme des Hallgenerators . Der Motorstrom ist proportional dem Motormoment und damit der Stellkraft, die zur Verstellung der Räder oder zur Unterstützung der Handkraft zur Verfügung steht.
Die Ausführung nach Fig. 4 entspricht weitgehend der Ausführung nach Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß der Ausgang 6 des Lenksensors mit dem Massepotential verbunden ist, so daß dieses als Bezugspotential dient. Dadurch vereinfacht sich der Schaltungsaufbau bei sonst gleicher Funktionsweise.
Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausführung der Erfindung wie Fig. 2, jedoch sind die Speisespannungen der zusätzlichen Operationsverstärker 50 und 51 nicht regelbar. Statt dessen sind ihre Ausgänge 64 und 65 über Widerstände 40, 41 und Dioden 74, 73 mit einem Potentiometer 42 verbunden. Überschreitet das von den Ausgängen 64 und 65 zurückgeführte Signal den am Potentiometer 42 eingestellten Spannungswert, so begrenzen die Dioden 74, 73 die Stromrückführung über die Widerstände 52, 56 auf die invertierenden Eingänge 60, 63, wodurch die Verstärkerwirkung stark zunimmt. Dadurch steigt von diesem Betriebspunkt ab die Stellkraft bzw. die
Hilfskraftunterstützung in Abhängigkeit vom Lenksignal steil an.
Durch das Potentiometer 43 wird über die Widerstände 36 und 37 an die invertierenden Eingänge des ersten und zweiten Operationsverstärker 13 und 10 eine veränderbare Vorspannung gelegt, so daß an den Ausgängen 19 bzw. 20 erst dann ein Signal entsteht, wenn das Lenksignal die eingestellte
Vorspannung -überschreitet. Das bedeutet, daß die Stellkraft. bzw. Hilfskraftunterstützung erst bei überschreiten dieses
Wertes einsetzt.
Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Ausführung ähnlich der Ausführung nach Fig. 5. Im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 5 ist bei der Ausführung nach Fig. 6 der Ausgang 7 des Lenksensors 3 mit dem Masεepotential verbunden. Durch entsprechende Dimensionierung der Innenwiderstände können die Widerstände 53, 54, 55, 58 und 59 entfallen, wodurch sich die Ausbeute des Drehmomentsensors vergrößert.
Bezugszeichen
1 Elektromotor
2 Gegentaktverstärker 3 Lenksensor
4, 5 Signalpfade
6, 7 Ausgänge des Lenksensors 3
8, 9 Eingänge des ersten Operationsverstärkers 10
10 erster Operationsverstärker (OP) 11, 12 Eingänge des zweiten Operationsverstärkers 13
13 zweiter Operationsverstärker
14 Schwingungsgenerator
15 - 18 Widerstände
19 Ausgang des Operationsverstärkers 10 20 Ausgang des Operationsverstärkers 13
21, 22 Widerstände
23, 24 Modulatoren
25 Stromsensor, Hallgenerator
26, 27 Ausgänge des Stromsensors 28 - 41 Widerstände
42, 43 Potentiometer
44 - 47 Transistoren
48, 49 Anschlüsse für die Versorgungsspannung der Transistoren 50, 51 zusätzliche Operationsverstärker
52 - 59 Widerstände
60 - 63 Eingänge der zusätzlichen Operationsverstärker
64, 65 Ausgänge der zusätzlichen Operationsverstärker
66, 67 Signalpfade 68,69,70 Spannungsbereiche
71, 72 Signalpfade
73, 74 Dioden
75 Magnetkreis

Claims

A n s p r ü c h e
1. Servolenkeinrichtung mit einem Elektromotor und einer elektrischen Steuerung, bei der ein Lenksensor je nach Lenkrichtung positive bzw. negative Lenksignale erzeugt, die in der Steuerung durch eine logische Verknüpfung von Verstärkerelementen mit Halbleitern zu einem einer Sollwertkennlinie angepaßten Ausgangssignal für den Elektromotor modifiziert werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ein- und Ausgänge der Verstärkerelemente (10, 13, 23, 24, 50, 51) bis zum Massepotential aussteuerbar sind, daß für die beiden Lenkrichtungen zwei getrennte Signalpfade (4, 5) gleicher Polarität vorgesehen sind, und daß die Ausgänge (6, 7) des Lenksensors (3) auf Eingänge (8, 9) eines ersten Operationsverstärkers (10) eines ersten invertierenden Signalpfades (5) und auf Eingänge (11, 12) eines zweiten Operationsverstärkers (13) eines zweiten nicht invertierenden Signalpfades (4) wirken.
2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Istwertsensor ein Rückführsignal erzeugt, das in einer Differenzverstärkerschaltung mit den Lenksignalen der beiden Signalpfade verglichen wird.
3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t- , daß der Lenksensor (3) ein Lenkmomentsensor ist und der Strom des Elektromotors (1) mit einem Stromsensor (Magnetkreis 75, Hallgenerator 25) erfaßt wird, dessen Ausgänge (26, 27) in einer Differenzverstärkerschaltung mit den entsprechenden Eingängen (8, 9, 11, 12) der Operationsverstärker (10, 13) verbunden sind.
4. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lenksensor (3) ein Lenkmomentsensor ist, die Ausgänge (26, 27) des Stromsensors (75, 25) auf Eingänge (61, 62) eines ersten zusätzlichen Operationsverstärkers (51) eines invertierenden Signalpfades (67) und auf Eingänge (60, 62) eines zweiten zusätzlichen Operationsverstärkers (50) eines nicht invertierenden Signalpfades (66) wirken und die Ausgänge (65, 64) in einer Differenzverstärkerschaltung auf entsprechende Eingänge des ersten und zweiten Operationsverstärkers (10, 13) wirken.
5. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die untere Speisespannung der zusätzlichen Operationsverstärker (50, 51) um einen Betrag angehoben ist.
6. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Betrag der unteren Speisespannung in Abhängigkeit eines geeigneten Betriebsparameters veränderbar ist.
7. Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die obere Speisespannung der zusätzlichen Operationsverstärker (50, 51) in Abhängigkeit geeigneter Betriebsparameter nach oben variabel begrenzbar ist.
8. Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der
Steuerstrom (Is) des Hallgenerators (25) in Abhängigkeit geeigneter Betriebsparameter veränderbar ist.
9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausgänge (6, 7) des Lenksensors (3) über die Signalpfade (66, 67) auf die Eingänge des ersten und des zweiten Operationsverstärkers (10, 13) wirken und die Ausgänge (26, 27) des Istwertsensors in einer Differenzverstärkerschaltung mit den entsprechenden Eingängen des ersten und des zweiten Operationsverstärkers (10, 13) verbunden sind.
10. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an den invertie enden Eingängen (8, 12) der Operationsverstärker (10, 13) eine regelbare Vorspannung anliegt.
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11. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an den Ausgängen (64, 65) der zusätzlichen
Operationsverstärker (50, 51). über Dioden (74, 73) und einem ^5 einstellbaren Potentiometer (42) die Rückführungen der zusätzlichen Operationsverstärker (50, 51) begrenzt sind.
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