DE3741581C2 - Servolenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine derartige Servolenkung ist beispielsweise aus der DE 35 29 818 C2 bekannt. Die Steuerung dieser bekannten Servolenkung ist für eine zusätzliche Fahrzeugrad-Rückstellung in die Normallage ausgelegt, wobei der Lenkhilfsmotor bei fehlender Lenkung von einem der Schräglage der Fahrzeugräder entsprechenden Strom beaufschlagt wird, der so gerichtet ist, daß die Schräglage dieser Räder verringert wird. Dadurch soll den zwischen Rotor und Bürste des Lenkhilfsmotors auftretenden Reibungskräften entgegengewirkt werden.

Wird in einem mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeug ein Lenkvorgang plötzlich beendet, so können bei derartigen Servolenkungen Gierbewegungen auftreten, die insbesondere auf die Massenträgheit der beweglichen Teile des Lenkhilfsmotors und ein entsprechendes Weiterdrehen dieses Lenkhilfsmotors zurückzuführen sind.

Zur Regulierung des Drehmomentes beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit wurde bereits vorgeschlagen, den Lenkhilfsmotor zu bremsen.

Eine solche Servolenkung ist beispielsweise in der JP 59-130781 A beschrieben.

Wird bei einer solchen Servolenkung der Motorwicklung eine Last zugeschaltet, so fließt in der Wicklung ein lastabhängiger Strom. Es wird eine Bremskraft erzeugt, die der von außen aufgebrachten Kraft entgegengesetzt ist (Abbremsen durch Krafterzeugung). Durch diese Bremskraft wird das Lenk-Drehmoment so gesteuert, daß es mit einem Referenzwert übereinstimmt. Bei praktischen Ausführungen wird durch eine Pulsdauersteuerung, die die Zeitdauer bestimmt, während der ein resistives Element als Last an den Motor angeschlossen ist, die Bremskraft entsprechend den Lenkbedingungen eingestellt.

Bei einer herkömmlichen Lenkhilfsmotor-Bremsschaltung wird ein pulsbreitenmoduliertes Signal, das das Lenk-Drehmoment anzeigt, so eingestellt, daß der geeignete Bremsstrom durch ein resistives Element fließen kann. Wird bei Verwendung einer solchen Hilfsmotor-Bremsschaltung das Lenkrad bei einem Lenkmanöver plötzlich angehalten, so ist die elektrische Leistung, die durch ein Weiterdrehen des Motors aufgrund der Massenträgheit seiner beweglichen Bestandteile und der Gegenbewegung der Zahnstange und des Lenkmechanismus erzeugt wird, relativ gering. Demnach kann diese elektrische Leistung bzw. der betreffende Bremsstrom nicht in hinreichendem Maße durch ein Widerstandselement absorbiert werden. Auch bei dieser bekannten Servolenkung können somit Gierbewegungen des Fahrzeugaufbaus auftreten, wodurch das Lenkverhalten und das Lenkgefühl am Lenkrad stark beeinträchtigt werden.

Ziel der Erfindung ist es, eine Servolenkung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auf einfache Weise Gierbewegungen des Fahrzeugaufbaus auch bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten zuverlässig ausgeschlossen sind.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Aufgrund dieser Ausbildung wird nach einem jeweiligen Lenkvorgang auf einfachste, zuverlässige Weise eine derart starke Motorhemmung bewirkt, daß eventuelle Gierbewegungen des Fahrzeugaufbaus selbst bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten von vornherein unterdrückt werden. Hierbei wird die vom Lenkhilfsmotor selbst erzeugte elektrische Energie wirksam und verzögerungsfrei als Bremsenergie ausgenutzt, um ein auf die Massenträgheit zurückzuführendes Weiterdrehen des Lenkhilfsmotors so schnell wie möglich zu unterbinden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 2.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer praktischen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Konzeption einer elektrischen Servolenkung mit einem Lenkhilfsmotor, der durch eine Schaltung nach Fig. 1 angesteuert wird;

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild eines Teils der Schal­ tung nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungswei­ se der Schaltungen nach den Fig. 1 und 3; und

Fig. 5 charakteristische Kurven, welche den zeitlichen Verlauf der Drehbewegungs­ größe des erfindungsgemäß angesteuerten Lenkhilfsmotors im Vergleich mit einer herkömmlichen Servolenkung zeigen.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer elektrischen Servolenkung, bei welcher ein Lenkhilfsmotor 27 verwendet wird.

Die Betätigung eines Lenkrades 20 wird über eine Lenkwelle 21 auf ein (nicht näher gezeigtes) Zahnstangen-Lenkgetriebe in einem Lenkgetriebegehäuse 22 übertragen und über die Spurstangen 23, 23′ auf die Räder 24, 24′ aufgebracht. Wäh­ rend des Fahrbetriebs wird ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal durch einen Geschwindigkeitssensor 25 erfaßt; ferner wird ein Drehmomentsignal durch einen Drehmomentsensor 26 erzeugt, welches dem Lenk-Drehmoment entspricht. Das Geschwindigkeits­ signal und das Drehmomentsignal werden einer elektronischen Steuerung 10 zugeführt. Der Antriebsstrom des Lenk­ hilfsmotors 27 wird so gesteuert, daß die Lenkkraft entspre­ chend dem Fahrzustand geeignet unterstützt wird.

Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm eine praktische Ausbildung der elektronischen Steuerung 10 nach Fig. 2. Diese ist mit der erfindungsgemäßen Bremsfunktion versehen.

Der grundlegende Aufbau der elektronischen Steuerung 10 ist an sich bereits bekannt. Er wird nachfolgend aber noch kurz erläutert.

Das durch den Geschwindigkeitssensor 25 erzeugte Fahrzeugge­ schwindigkeitssignal wird durch einen Pulsformer 11 in Impul­ se umgesetzt. Ferner wird die Frequenz der Fahrzeuggeschwin­ digkeitsimpulse durch einen Frequenz/Spannungs-Umsetzer 12 in ein Spannungssignal umgesetzt. Das durch den Drehmoment­ sensor 26 erzeugte Drehmomentsignal wird durch einen Ver­ stärker 13 verstärkt und anschließend an eine Lenkrichtungs- Diskriminierschaltung 14 angelegt, um die Lenkrichtung des Lenkrades 20 festzustellen. Die Diskriminierschaltung 14 gibt ein Drehmoment/Richtungs-Signal aus, das eine Kombina­ tion des Drehmomentsignals und des Lenkrichtungssignals ist; ferner gibt sie das Lenkrichtungssignal aus. Eine Vor/Rück­ drehungs-Schaltsteuerschaltung 15, die dem Lenkhilfsmotor 27 zugeordnet ist, gibt ein Vor/Rückdrehungs-Schaltsignal an einen Pulsdauermodulator 16 ansprechend auf das Lenkrichtungs­ signal aus der Diskriminierschaltung 14 aus. Die Schaltsteuer­ schaltung 15 liefert ferner ein Vor- oder Rücksteuersignal (C oder D in Fig. 4) an eine Ausgangsleitung C bzw. D. Der Modulator 16 empfängt das Fahrzeuggeschwindigkeits-Spannungs­ signal aus dem Frequenz/Spannungs-Umsetzer 12 und das Dreh­ moment/Richtungssignal aus der Lenkrichtungs-Diskriminier­ schaltung 14. Ansprechend auf das Vor/Rückdrehungs-Schaltsi­ gnal aus der Schaltsteuerschaltung 15 gibt ferner der Puls­ dauermodulator 16 selektiv auf eine Ausgangsleitung A oder B ein Vor- oder Rückdrehungs-Pulsdauermodulationssignal (A oder B in Fig. 4) aus, welches die Fahrzeuggeschwindigkeits- Ansprechcharakteristik und die Lenkansprechcharakteristik aufweist. Ansprechend auf ein pulsdauermoduliertes Vorwärts- Signal aus dem Pulsdauermodulator 16 und auf ein Vorwärtsdre­ hungs-Steuersignal aus der Schaltsteuerschaltung 15 gibt eine Leistungs-Brückenschaltung 17 ein elektrisches Stromsi­ gnal ab, um eine Vorwärtsdrehung des Lenkhilfsmotors 27 zu bewirken. Ansprechend auf ein pulsdauermoduliertes Rückdre­ hungssignal aus dem Pulsdauermodulator 16 und auf ein Rückdrehungs- Steuersignal aus der Schaltsteuerschaltung 15 gibt hingegen die Leistungs-Brückenschaltung 17 ein Stromsignal ab, durch welches der Lenkhilfsmotor 27 in Rückwärtsrichtung angetrieben wird.

Eine Bremssteuerschaltung 30 ist vorgesehen, um Gierbewegun­ gen des Fahrzeugaufbaus aufgrund eines durch die Massenträgheit verursachten Weiterdrehens des Lenkhilfsmotors 27 zu verhin­ dern, wobei dieses Weiterdrehen des Lenkhilfsmotors 27 dann auftreten kann, wenn ein Lenkmanöver bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahr­ zeugs plötzlich angehalten wird. Die Bremssteuerschaltung 30 enthält einen Fahrzeuggeschwindigkeitskomparator 31, einen Inverter 32, eine Torschaltung (NAND) 33 und eine Brems-Ansteuerschaltung 34.

Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform der Bremssteuer­ schaltung 30 nach Fig. 1. Insbesondere sind die Brems-An­ steuerschaltung 34 und die Ausbildung der Leistungs-Brücken­ schaltung 17 dargestellt. Die Brems-Ansteuerschaltung 34 enthält Fotokoppler P₁ und P₂ sowie eine in beiden Stromfluß­ richtungen wirksame Stromflußschaltung 35, die aus durch die Fotokoppler angesteuerten Leistungstransistoren Q₁ bis Q₄ aufgebaut ist. Die Leistungs-Brückenschaltung 17 enthält Transistoren Q_A, Q_B, Q_C und Q_D sowie Dioden D_A, D_B, D_C und D_D, die jeweils zu den Transistoren parallelgeschaltet sind.

Wenn das pulsdauermodulierte Vorwärtsdrehungs-Signal auf der Ausgangsleitung A des Pulsdauermodulators 16 ausgegeben wird und gleichzeitig das Vorwärtsdrehungs-Steuersignal auf der Aus­ gangsleitung D der Schaltsteuerschaltung 15 auftritt, werden die Transistoren Q_A und Q_D der Leistungs-Brückenschaltung 17 leitend gesteuert. Ein Antriebsstrom fließt vom positiven Anschluß der Stromquelle, um den Lenkhilfsmotor 27 in Vor­ wärtsrichtung anzusteuern. Wenn hingegen das pulsdauermodu­ lierte Rückdrehungs-Signal auf der Ausgangsleitung B des Modulators 16 ausgegeben wird und gleichzeitig das Rückdre­ hungs-Steuersignal in der Ausgangsleitung C der Schaltsteuer­ schaltung 15 erscheint, werden die Transistoren Q_B und Q_C der Leistungs-Brückenschaltung 17 leitend gesteuert. Es fließt dann ein Strom zu dem Lenkhilfsmotor 27, um eine Rückdrehung zu bewirken.

Wenn das von dem Frequenz/Spannungs-Umsetzer 12 abgegebene Fahrzeuggeschwindigkeitssignal eine Referenzspannung über­ schreitet, die einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit (z.B. 20 km/h) entspricht, die zuvor am Fahrzeuggeschwindigkeits­ komparator 31 eingestellt wurde, liefert dieser Komparator ein Ausgangssignal, nämlich in diesem Falle ein Logiksignal mit hohem Pegel (S in Fig. 4), welches durch den Inverter 32 invertiert wird. Ein Logiksignal mit niedrigem Pegel wird daher dem ersten Eingangsanschluß der Torschal­ tung 33 zugeführt.

Wenn im Fahrzustand des Fahrzeugs ein Lenkmanöver durchge­ führt wird, beispielsweise in einer Richtung, die einer Vorwärtsdrehung des Lenkhilfsmotors 27 entspricht, und wenn die Lenkbewegung dann plötzlich angehalten wird, so verschwindet auch das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 26. Ansprechend auf das Verschwinden des Drehmoment/Richtungssignals aus der Lenkrichtungs-Diskriminierschaltung 14 verschwindet auch das pulsdauermodulierte Vorwärtsdrehungs-Signal auf der Ausgangs­ leitung A des Pulsdauermodulators 16. Gleichzeitig wird die Ausgangs­ leitung D der Schaltsteuerschaltung 15 mit dem Verschwinden des Lenkrichtungssi­ gnals von der Diskriminierschaltung 14 auf einen niedrigen Logikpegel gebracht (die Ausgangs­ leitung C liegt auf niedrigem Logikpegel).

Die Transistoren Q_A und Q_D der Leistungs-Brückenschaltung 17, durch welche der Lenkhilfsmotor 27 in Vorwärtsrichtung an­ getrieben wurde, werden somit nichtleitend. Die Stromzufuhr zu dem Lenkhilfsmotor 27 wird unterbunden, wobei dieser Lenkhilfs­ motor unmittelbar anschließend einen elektrischen Strom erzeugt.

Gleichzeitig liegen alle Eingänge der Torschaltung 33 auf niedrigem Logikpegel, wie oben erwähnt, so daß ein Logiksignal mit hohem Pegel als Bremssteuersignal an die Brems-Ansteuer­ schaltung 34 gelangt. Dieses Bremssteuersignal steuert die Fotokoppler P₁ und P₂ an, wodurch die in beiden Stromflußrich­ tungen wirksame Stromflußschaltung 35 leitend gesteuert wird.

Die beiden Anschlüsse des Lenkhilfsmotors 27 werden also kurzgeschlossen, so daß der vom Lenkhilfsmotor 27 abgegebene Generatorstrom unmittelbar als Bremsstrom (G in Fig. 4) ausgenutzt wird.

Oben wurde der Fall beschrieben, daß ein Lenkmanöver in Vorwärtsdrehrichtung plötzlich angehalten wurde. Bei einer Rückwärtsdrehung, bei welcher die Transistoren Q_A und Q_C der Leistungs-Brückenschaltung 17 angesteuert werden, ist natür­ lich die analoge Funktionsweise gewährleistet, wenn ein Lenkmanöver plötzlich beendet wird.

Fig. 5 zeigt typische Kurven für die Drehbewegungsgröße in Abhängigkeit von der Zeit. Die herkömmliche Servolenkung ist der erfindungsgemäßen gegenübergestellt.

Wird bei der erfindungsgemäßen Servolenkung ein Lenkmanöver in einem mit relativ hoher Geschwindigkeit fah­ renden Fahrzeug beendet, so werden beide Anschlüsse des Lenkhilfsmotors 27 direkt über die Halbleiter-Stromflußschal­ tung 35 kurzgeschlossen, wodurch die auf der Massenträgheit beruhen­ de Drehbewegung stark und augenblicklich abgebremst wird. Auf diese Weise werden Gierbewegungen des Fahrzeugaufbaus, die auf der Massenträgheit des Lenksystems beruhen, wirksam verhindert und wird das Lenkverhalten bei rela­ tiv hoher Geschwindigkeit erheblich verbessert.

Claims (2)

1. Servolenkung mit einem elektrischen Lenkhilfsmotor und einer elektronischen Steuerung zur Abgabe eines Ansteuersignals an den Lenkhilfsmotor, wobei das Ansteuersignal in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenk- Drehmoment und der Lenkrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (10) eine den Lenkhilfsmotor (27) zusätzlich beaufschlagende Bremssteuerschaltung (30) aufweist, um bei einer Beendigung des Ansteuersignals aufgrund einer Beendigung eines Lenkvorganges den Lenkhilfsmotor (27) kurzzuschließen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert überschreitet.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremssteuerschaltung (30) folgendes enthält:
einen Fahrzeuggeschwindigkeitskomparator (31), an den ein Referenzwert angelegt ist, der dem vorbestimmten Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht;
eine auf das Ausgangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitskomparators (31) und die Beendigung des Lenkvorganges ansprechende Torschaltung (33) zur Abgabe eines Bremssteuersignals; und
eine auf das Bremssteuersignal ansprechende Brems-Ansteuerschaltung (34) zum Kurzschließen des Lenkhilfsmotors (27).