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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer elektrisch betätigten Lenkhilfe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Elektrisch betätigte Lenkhilfen für Kraftfahrzeuge ermöglichen ein leichteres Lenken beim Einschlagen sowie beim Rücklauf des Lenkrads, indem gleichzeitig ein Hilfsstrom zum Starten eines Motors erzeugt wird.
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Die Schrift
DE 39 08 218 C2 zeigt ein Verfahren zur Steuerung einer elektrisch betätigten Lenkhilfe, wobei das Lenkdrehmoment (vgl. Anspruch 1), die Fahrzeuggeschwindigkeit (vgl. Anspruch 2) und die Motorwinkelgeschwindigkeit des Lenkhilfsmotors (vgl. Anspruch 4) als Eingangsparameter zur Steuerung dienen und die unter Benutzung einer Kennlinie bestimmte Steuergröße für das unterstützende Drehmoment beim Lenkradrücklauf von Null bei ruhendem Lenkhilfsmotor mit steigender Motorwinkelgeschwindigkeit kontinuierlich zu einem größeren Wert ansteigt (vgl.
4; Spalte 4 Zeile 68; Spalte 5 Zeile 3).
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Vergleichbare Verfahren sind auch aus der Schrift
EP 0 893 328 A2 (vgl. insbesondere Ansprüche 1 bis 4), aus der Schrift
EP 0 800 980 A2 (vgl. insbesondere Ansprüche 1, 2) sowie aus der Schrift
JP 10-264842 A (vgl. Ansprüche 1 bis 3) bekannt.
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Es wird eine Übersicht über in die Kraftfahrzeugen eingebauten herkömmlichen elektrisch betätigten Lenkhilfen anhand von 8 gegeben.
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Ein Lenkrad 1 ist über eine Lenkwelle 2 und über Kreuzgelenke 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden, um die Spurstangen 5 auf der rechten und linken Seite des Lenkgetriebes 4 zu betätigen.
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Die Lenkwelle 2 ist mit einem Lenkdrehmomentsensor 6 versehen und wird von einem Motor 8 über ein Untersetzungsgetriebe 7 unterstützt.
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Der Lenkdrehmomentsensor 6 und ein an der Karosserie angeordneter Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 sind mit einer Steuereinheit 10 verbunden. Die Steuereinheit 10 nimmt die vom Lenkdrehmomentsensor 6 und vom Geschwindigkeitssensor 9 eingehenden Signale und die Drehzahl des Motors 8 zum Antrieb des Motors 8 zur Lenkkraftverstärkung auf, wenn das Lenkrad 1 eingeschlagen wird bzw. zurückläuft. Bezugszahl 11 stellt eine Stromquelle dar.
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Bei einer derart ausgelegten elektrisch betätigten Lenkhilfe ist ein Hilfsdrehmoment entsprechend der Lenkkraft vorgegeben, das heißt, dass das Hilfsdrehmoment in dem Moment wirkt, wenn das Lenkrad 1 zurückläuft oder wenn es eingeschlagen wird. Dementsprechend wirkt, wenn ein großes Hilfsdrehmoment für das Einschlagen des Rades vorgegeben wird, auch ein sehr starkes Hilfsdrehmoment beim Rücklauf des Rades, wodurch sich die Konvergenz verschlechtern kann.
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Bekannt ist als Verfahren zur Verbesserung der Steuerung von Lenkrad 1, wenn dieses zurückläuft, ein Verfahren, durch das der Haftreibungsbeiwert der Lenkung verringert wird.
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Bei diesem Verfahren wird ein Hilfsstrom ausgelöst, wenn das Lenkrad 1 in Laufrichtung oberhalb einer bestimmten Drehzahl gedreht wird (wenn die Drehzahl des Motors 8 einen bestimmten Schwellwert überschreitet), um die Drehkraft des Lenkrads zu verstärken.
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Nach dem oben genannten Steuerungsverfahren ergibt sich der Hilfsstrom beim Lenkradrücklauf aus einem Differenzstrom aus der Lenkdrehmomentänderung (d. h. dem Basisstrom) und einem Rückstrom. Den Rückstrom erhält man durch Multiplikation der Verstärkung K1 mit der Verstärkung K2, wobei sich die Verstärkung K1 aus der Kennlinie 21 in 9A für die Lenkdrehmomentänderung und dem aufgenommenen Wert des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 9 ergibt, während sich die Verstärkung K2 aus der Kennlinie 31, 9B, für die Motordrehzahl (Motorwinkelgeschwindigkeit) ergibt.
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Es wird folgendes Beispiel angegeben:
Der Schwellenwert A der Motordrehzahl (siehe
9B) wird auf eine Drehzahl von ungefähr 25 Umdrehungen/min eingestellt, und der Rückstrom (K1 × K2) wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors
9 bestimmt, wenn der Wert von 25 Umdrehungen/min erreicht ist. Zusätzlich ist ein anderes Verfahren bekannt, bei welchem der Hilfsstrom mit dem Schwellenwert der Motordrehzahl gesteuert wird, der auf den oberen oder den unteren Grenzwert eingestellt ist (siehe japanische Patentoffenlegungsschrift
JP 10-264842 A ).
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Wenn jedoch das Lenkrad 1 in stationärem Zustand (in einem Zustand, wo am Lenkrad 1 keine Drehkraft anliegt) gedreht wird, während der Schwellenwert A der Motordrehzahl auf 25 Umdrehungen eingestellt ist, wird die Steuerung als Antwort auf die Bewegungsgeschwindigkeit von Lenkrad 1 unvermittelt gestartet, wenn sie den Schwellenwert A der Motordrehzahl von 25 Umdrehungen überschreitet, und der Rückstrom wird sofort ausgelöst, wie in 10 dargestellt.
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Dies führt zu einer höheren Motorwinkelgeschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt und einer geringeren Reibung, wobei das Lenkdrehmoment jäh abnimmt. Diese plötzliche Verringerung des Lenkdrehmoments wird von einem Fahrer so wahrgenommen, als ob etwas, was das Lenkrad festgehalten hat, plötzlich entfernt worden ist, und der Lenkvorgang plötzlich ohne Anstrengung erfolgen kann, wodurch ein bestimmtes unsicheres Fahrgefühl beim Lenken hervorgerufen wird.
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Die Steuerung erfolgt auch dann, wenn ein Fahrer bei einem großen selbsteinstellenden Drehmoment die Hände vom Lenkrad 1 nimmt (in einem Zustand, wenn auf das Fahrzeug eine starke seitliche Beschleunigung ausgeübt wird) und das Lenkrad 1 das Bestreben hat, schnell zur Mittelstellung zurückzukehren. Wie in 11 dargestellt, beginnt sich das Lenkrad 1, befreit vom Griff der Fahrerhände (an einer Stelle, die in der Zeichnung durch einen Pfeil dargestellt ist), durch das selbsteinstellende Drehmoment zu drehen, und wenn die Motordrehzahl durch das Lenkrad 1 den Schwellenwert A erreicht, fließt der Rückstrom und das Lenkrad kehrt schnell zur Mittelstellung zurück. Wenn die Kraft des sich schnell zurückdrehenden Lenkrads 1 groß und der Rückstrom zu stark ist, wird das Übersteuern beschleunigt.
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Wenn sich das Lenkrad nach Erreichen der Mittelstellung noch weiter dreht, wird ein umgekehrtes selbsteinstellendes Drehmoment erzeugt, und das Lenkrad 1 beginnt, sich allmählich in die umgekehrte Richtung zu drehen. Wenn die Motordrehzahl den Schwellenwert A überschreitet, wird erneut ein Rückstrom erzeugt, der bewirkt, dass das Lenkrad 1 in seine Mittelstellung zurückkehrt und die Drehung des Lenkrads dort zum Halten kommt. Die Lenkung wird somit gesteuert mit dem Ergebnis, dass sich die Konvergenz verschlechtert, obwohl der Rücklauf des Lenkrads gut ist.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung von elektrisch betätigten Lenkhilfen bereitzustellen, bei dem das Fahrgefühl beim Lenken, insbesondere beim Lenkradrücklauf, und die Konvergenz verbessert werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Steuerung einer elektrisch betätigten Lenkhilfe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
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Das Verfahren zur Steuerung einer elektrisch betätigten Lenkhilfe, welche ausgestattet ist mit einem Lenkdrehmomentsensor (6) zum Erfassen der Größe und Richtung des Drehmoments beim Drehen eines Lenkrads (1), einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (9) und einem Motorwinkelgeschwindigkeitssensor (12) eines Elektromotors (8) zur Unterstützung des Lenkvorgangs, bei dem beim Einschlagen und beim Rücklauf des Lenkrads (1) auf der Grundlage der Daten, die von diesen Sensoren aufgenommen werden, der Elektromotor (8) angetrieben wird, um die Lenkkraft bei der Betätigung des Lenkrads (1) zu unterstützen, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hilfsstrom zur Steuerung des Elektromotors (8) aus einem vom Lenkdrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Basisstrom zur Unterstützung des Lenkbewegung und einem von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motorwinkelgeschwindigkeit abhängigen Rückstrom zur Steuerung des Rücklaufs des Lenkrades (1) zusammensetzt.
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Damit wird die Steuergröße innerhalb eines niedrigen Bereiches der Motorwinkelgeschwindigkeit vom Stillstand des Motors (8) aus kontinuierlich auf einen Sollwert erhöht und dann innerhalb eines Bereiches mit hoher Motorwinkelgeschwindigkeit gleichmäßig verringert und sodann auf Null gestellt.
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Ein Wert der Winkelgeschwindigkeit des Motors entspricht der Motordrehzahl, und somit ergibt sich die Steuergröße aus der Motordrehzahl unter Ausnutzung einer Kennlinie, die so definiert ist, dass die Steuergröße vom stationären Zustand des Motors aus bis zu dem Zustand, bei welchem die Drehzahl des Motors zahlenmäßig zunimmt, kontinuierlich erhöht wird.
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In vorteilhafter Weise kann die Steuergröße in einem Bereich der Motorwinkelgeschwindigkeit, der zwischen dem Bereich der niedrigen Motorwinkelgeschwindigkeit und dem Bereich der hohen Motorwinkelgeschwindigkeit liegt, konstant gehalten werden.
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Der Wert der Winkelgeschwindigkeit des Motors entspricht der Motordrehzahl und somit wird die Steuerung bei hoher Motordrehzahl (wenn das Lenkrad zu schnell zurückschnellt) unter Ausnutzung einer Kennlinie zur kontinuierlichen Verringerung der Steuergröße innerhalb eines hohen Motordrehzahlbereiches unterbrochen.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1: ein Fließdiagramm mit der Darstellung eines rücklaufenden Lenkrads bei einem Verfahren zur Steuerung elektrisch betätigter Lenkhilfen entsprechend einer Ausführungsart dieser Erfindung;
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2: ein Blockdiagramm für die Steuerung elektrisch betätigter Lenkhilfen entsprechend der Ausführungsart dieser Erfindung;
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3: ein Blockdiagramm mit der Darstellung des Hauptbestandteils eines Rückstromschaltkreises nach 2;
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4: eine grafische Darstellung zu Kennlinie 1, die in einem Basisstromschaltkreis nach 2 gespeichert ist;
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5A und 5B: grafische Darstellungen zu Kennlinie 2 und Kennlinie 3, wobei Kennlinie 2 und Kennlinie 3 in einem ersten Verstärkerschaltkreis bzw. zweiten Verstärkerschaltkreis des Basisstromschaltkreises (2) gespeichert sind;
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6: eine grafische Darstellung der Lenkkraft entsprechend der Ausführungsart dieser Erfindung;
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7 eine grafische Darstellung, die die Konvergenz beim Lenken entsprechend der Ausführungsart dieser Erfindung veranschaulicht;
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8: ein Übersichtsschema, das eine herkömmliche elektrisch betätigte Lenkhilfe zeigt;
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9A und 9B: grafische Darstellungen, die sich auf eine herkömmliche Kennlinie 21 für die Umwandlung von Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten in eine Verstärkung beim Lenkradrücklauf bzw. auf eine herkömmliche Kennlinie 31 für die Umwandlung von Motordrehzahldaten in eine Verstärkung beim Lenkradrücklauf beziehen;
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10: eine grafische Darstellung der Lenkkraft nach dem Stand der Technik;
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11: eine grafische Darstellung, die die Konvergenz beim Lenken nach dem herkömmlichen Stand der Technik veranschaulicht.
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Es wird eine Methode zur Steuerung einer elektrisch betätigten Lenkhilfe entsprechend der Ausführungsart dieser Erfindung unter Bezugnahme auf einen Steuerschaltkreis nach 2 beschrieben.
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Ein Lenkraddrehmomentsensor 6, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 und ein Motorwinkelgeschwindigkeitssensor 12 dienen als Eingabeeinrichtungen für das Steuerungsverfahren. Ein vom Lenkraddrehmomentsensor 6 erfasster Drehmomentwert wird einem Basisstromschaltkreis 13 zugeführt, wo er einem entsprechenden Phasenausgleich unterliegt. Der Basisstromschaltkreis 13 liefert dann einen Basisstrom.
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Die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 und dem Motorwinkelgeschwindigkeitssensor 12 erfassten Ausgangswerte werden dem Rückstromschaltkreis 14 zugeführt, der dann einen Rückstrom ausgibt.
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Beim Rücklauf des Lenkrads wird ein Hilfsstrom als Summe des Ausgangssignals des Basisstromschaltkreises 13 und des Ausgangssignals des Rückstromschaltkreises 14 (d. h. Basisstrom + Rückstrom) ausgelöst, der zum Antreiben des Motors verwendet wird. Andererseits kommt das Ausgangssignal des Basisstromschaltkreises 13 als Hilfsstrom nur zustande, wenn das Lenkrad kräftig eingeschlagen wird.
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Die in 4 dargestellte Kennlinie ist im Basisstromschaltkreis 13 (2) gespeichert und wird zur Berechnung des Basisstroms aus dem Lenkdrehmoment entsprechend der augenblicklichen Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet.
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Der Rückstromschaltkreis 14 enthält, wie in 3 dargestellt, den ersten Verstärkerschaltkreis 15 und den zweiten Verstärkerschaltkreis 16. Im ersten Verstärkerschaltkreis 15 ist eine Kennlinie 2, dargestellt in 5A, gespeichert, die eine IP-Kennlinie darstellt und zur Wandlung des Signals von Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 in eine entsprechende Verstärkung K1 (Steuergröße) der ersten Verstärkung dient. Die Kennlinie 2 ist beispielsweise so definiert, dass die Verstärkung K1 bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa Null ungefähr 1 ist, und etwa Null, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ungefähr 40 km/h beträgt.
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Im zweiten Verstärkerschaltkreis 16 ist die Kennlinie 3, dargestellt in 5B, gespeichert. Die Kennlinie 3 ist so definiert, dass eine Verstärkung K2 (Steuergröße) der zweiten Verstärkung von der Motordrehzahl Null bis zum eingestellten Wert des Anlaufs zunimmt, wenn die Motordrehzahl steigt, während bei Steuerung des Motors mit hoher Drehzahl die Verstärkung K2' (Steuergröße) der zweiten Verstärkung abnimmt, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Die Kennlinie 3 wird zur Wandlung der Motordrehzahldaten in die Verstärkung K2 (K2') verwendet. Bei grafischer Darstellung geht die Kennlinie 3 beispielsweise zwischen der Motordrehzahl 0–100 nach oben und dann bei 200 oder mehr Umdrehungen nach unten.
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Beim Drehen des Lenkrads einer derart ausgelegten elektrisch betätigten Lenkhilfe in stationärem Zustand wird die Verstärkung K2 zum Zeitpunkt des Anlaufs im Verhältnis zur Motordrehzahl durch die Kennlinie 3 gewährleistet. In diesem Bereich wird der Rückstrom sanft gesteuert und die Motorwinkelgeschwindigkeit steigt, wie in 6 dargestellt, ebenfalls allmählich an. Nachdem sich die Lenkkraft zu Beginn des Vorgangs leicht verringert hat, steigt sie danach wieder allmählich an, um ein leichtes Fahrgefühl beim Lenken zu vermitteln.
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Wenn ein Fahrer bei starkem selbsteinstellendem Drehmoment (Zustand, bei welchem das Fahrzeug einer starken seitlichen Beschleunigung unterliegt) die Hände zu einem Zeitpunkt vom Lenkrad nimmt, der in 7 durch einen Pfeil gekennzeichnet ist, wird bei der ersten Bewegung des Lenkrads die Verstärkung K2 ausgelöst. Danach erhöht sich die Motordrehzahl zur Änderung von K2' auf 0 und zum Abbruch der Unterstützung beim Lenkradrücklauf. Das selbsteinstellende Drehmoment verringert sich, wenn sich das Lenkrad der Mittelstellung nähert, wobei sich der Weg des Lenkrads (d. h. die Motordrehzahl) zur Erzeugung der Verstärkung K2 verringert. Die Verstärkung K2 und die Verstärkung K2' tragen zur leichten Änderung des Rückstroms bei und ermöglichen somit, dass das Lenkrad leichtgängig zur Mittelstellung zurückkehren kann.
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Somit werden beim Lenkradrücklauf der Rückstrom und letztlich der Hilfsstrom durch Verfolgen der Schritte auf dem Fließdiagramm in 1 bestimmt, wobei der erste Verstärkerschaltkreis 15 und der zweite Verstärkerschaltkreis 16 des Rückstromschaltkreises 14 verwendet werden und Bezug auf die Kennlinien 2 und 3, wie oben dargestellt, genommen wird.
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Mit anderen Worten, bei den Schritten S1, S2 und S3 in 1 werden das Drehmoment T0, die Fahrzeuggeschwindigkeit V0 und die Motorwinkelgeschwindigkeit dθ0 durch den Lenkdrehmomentsensor 6, den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 bzw. den Motorwinkelgeschwindigkeitssensor 12 erfaßt.
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Dann wird bei Schritt S4 unter Ausnutzung der Kennlinie 1 aus der Beziehung zwischen Lenkdrehmoment und Fahrzeuggeschwindigkeit der Basisstrom bestimmt. Bei Schritt S5 wird unter Ausnutzung der Kennlinie 2 aus der Fahrzeuggeschwindigkeit die Verstärkung K1 bestimmt. Bei Schritt S6 wird unter Ausnutzung von Kennlinie 3 aus der Motordrehzahl die Verstärkung K2 bestimmt. Dann wird bei Schritt S7 zur Bestimmung des Rückstroms der Wert [K1 × K2] berechnet (Rückstrom = K1 × K2).
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Beim Lenkradrücklauf erhält man den Hilfsstrom bei Schritt S8: Hilfsstrom = Basisstrom + Rückstrom
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Dieser Hilfsstrom wird zum Antrieb des Motors (Schritt S9) benutzt und sorgt für ein angenehmes Fahrgefühl beim Lenken.
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Mit dem oben angeführten Verfahren ist es möglich, das unangenehme Gefühl zu verringern, als ob etwas, was das Lenkrad festgehalten hat, unerwartet entfernt wird und das Lenken plötzlich ohne Kraftaufwand erfolgen kann, was der Fahrer beim herkömmlichen Stand der Technik zum Zeitpunkt des Einlenkens des Lenkrads verspürt. Auch das Übersteuern beim Lenkradrücklauf kann auf Grund der Steuergröße, die sich gleichmäßig in Zeitfolgen entsprechend dem selbsteinstellenden Drehmoment verlagert, vermieden werden. Im Großen und Ganzen wird durch die Steuergröße, deren Verlagerung in gleichmäßigen Zeitfolgen erfolgt, diese unerwünschte Unterscheidung zwischen dem Zeitpunkt, wo die Steuerung wirksam wird, und dem Zeitpunkt, wo der Fahrer beim Betätigen des Lenkrads die Wegnahme der Last verspürt, ausgeschaltet. Dadurch verbessert sich die Lenkwilligkeit.