DE102005035983A1

DE102005035983A1 - Verfahren zur Steuerung einer Servolenkung mit hydraulischer Momentenüberlagerung

Info

Publication number: DE102005035983A1
Application number: DE200510035983
Authority: DE
Inventors: Martin Vohmann; Klaus Von Hammel; Rüdiger RACHEL; Manfred Rombold
Original assignee: ThyssenKrupp Presta Steertec GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge, wobei die Servolenkung folgende Komponenten aufweist: eine Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, sowie damit zur Lenkverstellung zwangsgekoppelten lenkbaren Fahrzeugrädern und ein mit den lenkbaren Fahrzeugrädern und/oder der Lenkhandhabe zwangsgekoppeltes, hydraulisch doppeltwirkendes Stellaggregat mit zwei Arbeitsräumen, einem mit der Lenkhandhabe verbundenen Servoventil, das in Form einer Drehschieberanordnung ausgebildet ist, dessen zueinander drehbewegliche Steuerteile miteinander durch eine vorzugsweise als Drehstab ausgebildete Federung, die die Steuerteile in eine Normallage relativ zueinander zu stellen sucht, antriebsgekoppelt sind, einer Rückwirkungseinrichtung, die Einfluß auf die Relativdrehung zwischen den Steuerteilen hat, mindestens ein Ventil zur Steuerung der Rückwirkungseinrichtung, einem Sensor zur Erfassung des Lenkwinkels der Lenkhandhabe oder der lenkbaren Fahrzeugräder, eine Steuerungseinrichtung zur Verarbeitung von Eingangssignalen und zur Erzeugung von Signalen zur Ansteuerung des mindestens einen Ventils, wobei die Steuerungseinrichtung einen Speicher aufweist, in dem mehrere Kennlinien für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten oder Fahrzeuggeschwindigkeitsbereiche als ein Kennlinienfeld abgelegt sind, wobei jede Kennlinie den Zusammenhang zwischen ermitteltem Lenkwinkel und zu erzeugendem Ausgangssignal für die Ventile zur Ansteuerung der ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Bei Servolenkungen insbesondere mit hydraulischer Momentenüberlagerung muß die Ansteuerung der Lenkung derart erfolgen, dass sich ein geeignetes, der Fahrgeschwindigkeit angepasstes Lenkgefühl für die das Fahrzeug lenkende Person ergibt. Die Ansteuerung der Lenkung muß vielfältige Fahrzustände berücksichtigen. Unter anderem ist eine aktive Rückstellung der aus der Mittenstellung herausgelenkten Lenkhandhabe zurück in ihre Mittenstellung gefordert. Diese muß in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der veränderlichen Achs-Rückstellkräfte und/oder der Reibung mit unterschiedlicher Unterstützung erfolgen.

Für das Lenkgefühl ist es vorteilhaft, für langsame Lenkwinkelgeschwindigkeiten den Kennlinien einen relativ steilen Gradienten zu geben, um ein gutes Zentriergefühl zu erreichen. Bei betragsmäßig größeren Lenkwinkelgeschwindigkeiten führt der über der Zeit extrem steile Gradient des Lenkmomentes zu einem schlechten Lenkgefühl.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für eine hydraulische Steuerung bereitzustellen, bei mit der eine gute Mittenzentrierung erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird vorteilhaft mit einer Steuerung mit den Merkmalen des Anspruch 1 erzielt. Vorteilhaft Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuerung nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorgabe des Einstelldrucks des mindestens einen Rückwirkungsventils in Abhängigkeit von Lenkwinkel oder Lenkradwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt. Zur Vermeidung des Losegefühls um die Mittenstellung herum wird eine Überlappung von Kennlinien vorgenommen, welche für unterschiedliche Lenkwinkelgeschwindigkeiten abgelegt sind und den Zusammenhang zwischen Einstelldruck für das jeweilige Ventil und Lenkwinkel beschreiben. Es werden jeweils mehrere Kennlinien für jedes Ventil in zwei Kennlinienfeldern abgelegt. Dabei unterscheiden sich die Kennlinien eines Kennlinienfeldes dadurch, dass sie die Zusammenhänge zwischen Einstelldruck und Lenkwinkel für jeweils unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten wiedergeben (Kennlinienscharen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit als Scharparameter). Beide Kennlinienfelder weisen vorteilhaft die gleiche Anzahl von Kennlinien auf, die für die gleichen Fahrzeuggeschwindigkeiten die Zusammenhänge zwischen Einstelldruck und Lenkwinkel wiedergeben. Die Kennlinien der beiden Kennlinienfelder werden dabei abhängig von der Lenkwinkelgeschwindigkeit verschieden steil abgestimmt. Dabei können die Kennlinien eines Kennlinienfeldes derart abgestimmt werden, dass sich ein weiches Ein lenken ergibt. Die Kennlinien des anderen Kennlinienfeldes können werden dabei vorteilhaft derart ausgelegt, dass sich ein hartes Einlenken ergibt. Durch Verknüpfen beider Ausgangswerte der Kennlinienfelder kann ein der Lenkwinkelgeschwindigkeit angepasstes Einlenkverhalten bzw. der hierfür notwendige Einstelldruck ermittelt bzw. vorgegeben werden.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ausgangswerte der beiden Kennlinienfelder mittels einer Gewichtungsfunktion miteinander verknüpft werden, wobei die Gewichtungsfunktion eine Funktion vom Lenkwinkel und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ist.

Bei Verwendung von zwei Ventilen für die Steuerung der Rückwirkungseinrichtung, dient jeweils ein Ventil zur Steuerung der Relativbewegung der Steuerteile in eine Richtung. Damit vorteilhaft eine Losegefühl im Bereich der Mittenstellung vermieden wird, ist eine Überlappung der Kennlinien bzw. deren Winkelbereichs vorgesehen. Zur Verbesserung der Ventildynamik kann zudem eine dynamische Überbestromung der Ventile vorgesehen werden. Auch kann eine Minimalbestromung über den gesamten Lenkwinkelbereich vorgesehen werden, wodurch ebenfalls eine bessere Ventildynamik durch eine Vorspannung erzielt wird.

Die Kennlinien können durch einzelne Stützpunkte oder durch Formeln dargestellt bzw. abgelegt sein. Durch die entsprechende Wahl bzw. Festlegung der Kennlinien können die Rückwirkungskräfte der Fahrzeugachsen ausgeglichen bzw. in ihren Auswirkungen gemildert werden. Vorteilhaft ist eine Trennung in eine Grundabstimmung, die die Ungleichförmigkeiten ausgleicht und eine Handgefühlsabstimmung, die anschließend harmonisch und einfacher abstimmbar ist.

Die erfindungsgemäße Steuerung kann selbstverständlich für Lenkgetriebe mit "Open Center-" als auch für solche mit "Closed-Center"-Lenkventil, sowie für Druckregel-, Druckminder- und Proportional-(strom-)ventile eingesetzt werden. Auch kann sie analog für Ventilanordnungen mit 3/3-Wegeventil eingesetzt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerung;
2: detailliertes Blockdiagramm der Steuerung;
3: Aufbau des Mischer;
4 u. 5: Alternative Anordnung der Ventile;
6a: sich nicht überlappende Kennlinien für zwei Ventile zur Ansteuerung der Rückwirkungseinrichtung;
6b: sich überlappende Kennlinien für zwei Ventile zur Ansteuerung der Rückwirkungseinrichtung;
7: verschieden steil abgestimmte Kennlinien;
8a u. 8b: Kennlinienfelder für verschiedene Lenkwinkelgeschwindigkeiten;
9: Kennlinie mit Offest als Vorspannung für bessere Dynamik des Ventils;
10 bis 18: Beispiele für mögliche Gewichtungskennlinen;
19a bis 19e: weitere mögliche Gewichtungskennlinien;
20: Bockschaltbild für die Trennung der Abstimmung in Grundabstimmung und Handgefühlabstimmung;
21a u. 21b: Kennlinienfelder für Steuerung nach 20.
Die 1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerung 15, die aus den Eingangsgrößen Lenkwinkel φ, Lenkwinkelgeschwindigkeit φ. und Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg den Einstelldruck P_soll für das jeweilige Ventil berechnet.
Die 2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm der Steuerung 15, aufweisend die beiden Kennlinienfelder 19, 20, die als Eingangsgrößen den Lenkwinkel φ sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg und die Sollgrößen P_soll,1 und P_soll,2 generieren. Kennlinienfelder 19 und 29 weisen eine Kennlinienschar auf, wobei jeder Kennlinie eines Kennlinienfeldes einer Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet ist. Die Kennlinien sind im einzelnen in den 6a, 6b, 7, sowie 8a und 8b dargestellt und näher erläutert. Die sign(φ) 21 ermittelt, ob der Lenkwinkel positiv oder negativ ist, wobei der Ausgangswert der sign(φ) 21 mit der Lenkwinkelgeschwindigkeit φ. mittels des Multiplikators 22 multipliziert wird. Die Ausgangsgröße des Multiplizierers 22 dient als Eingangsgröße für die Gewichtungsfunktion 23, deren Ausgangssignal zusammen mit den Werten P_soll,1 und P_soll,2 dem Mischer 24 zugeführt wird, wobei der Mischer das Ausgangssignal P_soll für das jeweilige Ventil generiert.
Die 3 zeigt den Aufbau des Mischers 24, womit sich ein Ausgangswert P_soll nach der Formel Psoll = (1–G(φ.*) × Psoll,2 + G(φ.*) × Psoll,1 ergibt. Das Kennlinienfeld 1 ist dabei aufgrund der flacheren Kennlinien für niedrige Lenkwinkelgeschwindigkeiten und das Kennlinienfeld aufgrund der steileren Kennlinien für höhere Lenkwinkelgeschwindigkeiten ausgelegt. Mittels der Funktion sign(φ) 21 ist eine Unterscheidung zwischen dem Einlenken in die Mittelstellung und dem Auslenken aus der Mittelstellung heraus möglich. Eine vorteilhafte Abstimmung zwischen den Kennlinien der Kennlinienfelder 19 und 21 erfolgt durch Gewichtungsfunktion G(φ.*), welche anhand der 10 bis 19 näher erläutert wird.
Die zuvor beschriebene Steuerung ist unter anderem einsetzbar für in den 4 und 5 dargestellten Lenksystemen. Die Lenksysteme weisen Lenkgetriebe 8 auf, welche mechanisch mittels der Lenkhandhabe 11 verstellbar sind. In dem Lenkgestänge ist jeweils ein Lenkventil in Open- oder Closed-Center-Technik angeordnet, welches über das Steuergerät 9 gesteuert wird, wobei dem Steuergerät 9 verschiedenste Signale, wie zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenk(rad)winkel etc. zugeführt werden. Eine Pumpe 1 erzeugt den notwendigen Druck im Hydraulikmedium zur hydraulischen Unterstützung der Lenkbewegung mittels der Lenkhandhabe 11. Wie in 5 dargestellt, kann im Lenkventil eine Rückwirkeinrichtung 6 angeordnet sein, welche über ein Druckregelventil 4 sowie Sicherheitsventile (Schaltventile) 5 und Druckaufnehmer 7 gesteuert wird. Die Ventile 4, 5 ebenfalls über das Steuergerät 9 angesteuert.
Die 6a und 6b zeigen verschiedene Kennlinienverläufe, welche empirisch zu ermitteln sind. Als Ausgangsgröße muss nicht zwangsläufig ein Einstelldruck P_soll gewählt werden, sondern es können auch Momente oder Ventilströme als Ausgangsgröße dienen. Ein Kennlinienfeld kann Kennlinien für jeweils ein Ventil oder auch für mehrere Ventile beinhalten, wobei dann vorteilhaft die Kennlinien mittels einer mehrdimensionalen Matrix abgebildet sind. Die 6a zeigt zwei Kennlinien (durchgezogene Linie sowie gestrichelte Linie), wobei jeweils eine der beiden Kennlinien einem Ventil zugeordnet ist. Damit sich eine bessere Regelung ergibt, ist es sinnvoll, dass sich die beiden Kennlinien, wie in 6b dargestellt, bei einem Lenkwinkel 0 nicht bei einem Wert P_soll = 0 schneiden (6a), sondern bei einem vom Wert 0 verschiedenen Wert schneiden (6b). Der eigentliche Verlauf der jeweiligen Kennlinie, welche jeweils einer Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet ist, muss für jeden Fahrzeugtyp und Lenktyp jeweils empirisch ermittelt werden.
Die 7 zeigt zwei Kennlinien (gestrichelt und durchgezogen dargestellt), wobei jede Kennlinie einem Kennlinienfeld für die jeweils gleiche Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass sich eine sehr gute Mittenzentrierung bei gleichzeitiger guter Haptik ergibt, wenn die Kennlinien für hohe Lenkwinkelgeschwindigkeiten flacher und für niedrige Lenkwinkelgeschwindigkeiten steiler (gestrichelt) verlaufen. Demzufolge zeigt die 8a eine Kennlinienschar für niedrige Lenkwinkelgeschwindigkeiten und die 8b eine Kennlinienschar für hohe Lenkwinkelgeschwindigkeiten.
Die 9 zeigt ebenfalls zwei Kennlinien für zwei Ventile einer Rückwirkungseinrichtung, wobei die Kennlinien einen Offset aufweisen, durch den eine Minimalbestromung über den gesamten Winkelbereich für beide Ventile gegeben ist. Hierdurch wird die Dynamik der Ventile erhöht.
Die 10 zeigt die Gewichtungsfunktion, welche für beide Ventile, das heißt für das rechte und linke Ventil identisch und nicht gespiegelt ist, wobei φ/dt* die gewichtete Geschwindigkeit ist und sich aus der Lenkwinkelgeschwindigkeit φ/dt multipliziert mit sign(φ) ist. Positive φ/dt* bedeuten, dass aus der Mittelstellung herausgelenkt wird, wohin gegen negative φ/dt* für ein Einlenken in Richtung Mittelstellung der Lenkhandhabe stehen. Die Gewichtungsfunktion G(φ/dt*) nimmt Ausgangswerte im Bereich von 0 bis 1 ein. Nimmt sie einen Wert von fast 1 an, so ergibt sich ein Ausgangswert P_soll der Steuerung 15, welcher ungefähr dem Wert P_soll,2 entspricht. Ist dagegen der Ausgangswert der Gewichtungsfunktion ungefähr gleich 0, so geht P_soll gegen P_soll,1.
Die 11 bis 19e zeigen verschiedenste Gewichtungsfunktionen für unterschiedliche Lenksysteme.
Die 20 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Kennlinienfeldes, wobei eine Trennung in Grundabstimmung und Handgefühlsabstimmung erfolgt. Die Kennlinien der Kennlinienschar 25 dienen der Grundabstimmung und das Kennlinienfeld 30 dient der Feinabstimmung. Die Grundabstimmung gleicht Ungleichförmigkeiten aus. Beiden Kennlinienfeldern 25 und 30 wird der Lenkwinkel sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit zugeführt, wobei die Addition der jeweiligen Ausgangswerte P_Handgefühl sowie P_Grund der Kennlinienfelder den Einstelldruck P_soll,1 ergibt.
Die 21a und 21b zeigen jeweils detailliert die einzelnen Kennlinienscharen für die Erzeugung des Handgefühldrucks PHandgefühl sowie des Grundabstimmungsdrucks P_Grund Es versteht sich von selbst, dass die Steuerung für jedes Ventil mehr als zwei Kennlinienfelder aufweisen kann, deren Ausgangswerte über eine Gewichtungsfunktion oder z.B. unscharfe Algorithmen (fuzzy control) miteinander verknüpft einen Ausgangswert ergeben.

Claims

Steuerung für eine hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge, wobei die Servolenkung folgende Komponenten aufweist: – eine Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, sowie – damit zur Lenkverstellung zwangsgekoppelten lenkbaren Fahrzeugrädern und – ein mit den lenkbaren Fahrzeugrädern und/oder der Lenkhandhabe zwangsgekoppeltes, hydraulisch doppeltwirkendes Stellaggregat mit zwei Arbeitsräumen, – einem mit der Lenkhandhabe verbundenen Servoventil, das in Form einer Drehschieberanordnung ausgebildet ist, dessen zueinander drehbewegliche Steuerteile miteinander durch eine vorzugsweise als Drehstab ausgebildete Federung, die die Steuerteile in eine Normallage relativ zueinander zu stellen sucht, antriebsgekoppelt sind, – einer Rückwirkungseinrichtung, die Einfluß auf die Relativdrehung zwischen den Steuerteilen hat, – mindestens ein Ventil zur Steuerung der Rückwirkungseinrichtung, – einem Sensor zur Erfassung des Lenkwinkels der Lenkhandhabe oder der lenkbaren Fahrzeugräder, – eine Steuerungseinrichtung zur Verarbeitung von Eingangssignalen und zur Erzeugung von Signalen zur Ansteuerung des mindestens einen Ventils, wobei die Steuerungseinrichtung einen Speicher aufweist, in dem mehrere Kennlinien für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten oder Fahrzeuggeschwindigkeitsbereiche als ein Kennlinienfeld abgelegt sind, wobei jede Kennlinie den Zusammenhang zwischen ermitteltem Lenkwinkel und zu erzeugendem Ausgangssignal für die Ventile zur Ansteuerung der Rückwirkungseinrichtung darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass – in dem Speicher der Steuerungseinrichtung mindestens zwei Kennlinienfelder (19, 20) abgelegt sind, die einem Ventil zur Steuerung der Rückwirkungseinrichtung zugeordnet sind, wobei sich die den gleichen Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichen zugeordneten Kennlinien der einem Ventil zugeordneten Kennlinienfelder voneinander unterscheiden, – und die Steuerungseinrichtung (15) für jedes Ventil aus den Ausgangssignalen der mindestens zwei dem jeweiligen Ventil zugeordneten Kennlinienfelder (19, 20) in Abhängigkeit von der Lenkwinkelgeschwindigkeit ein Ausgangssignal erzeugt.
Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher der Steuerungseinrichtung eine Gewichtungsfunktion (G) abgelegt ist, die den Zusammenhang zwischen der Lenkwinkelgeschwindigkeit und einem Gewichtungsfaktor definiert.
Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem einen oder jedem Ventil eine Gewichtungsfunktion G zugeordnet ist, mit der für das bzw. jedes Ventil jeweils ein Gewichtungsfaktor G ermittelbar ist.
Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Ventil eine Gewichtungsfunktion G zugeordnet ist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Ventil zugeordnete Gewichtungsfaktor G zusammen mit den Ausgangssignalen der dem Ventil zugehörigen Kennlinienfelder einem Mi scher (24) zugeführt wird, welcher das Ausgangssignal P_soll für das Ventil berechnet bzw. generiert.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die den gleichen Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichen zugeordneten Kennlinien der einem Ventil zugeordneten Kennlinienfelder derart voneinander unterscheiden, dass die voneinander unterschiedlichen Ausgangssignale unterschiedlich starke Rückwirkungen erzeugen.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kennlinienfeld (19, 20) mit seinen Kennlinien einer Lenkwinkelgeschwindigkeit φ/dt oder einem Lenkwinkelgeschwindigkeitsbereich zugeordnet ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zwei Kennlinienfelder (19, 20) für jedes Ventil aufweist, wobei die Ausgangswerte der Kennlinienfelder
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinien eines Kennlinienfeldes für kleine Lenkwinkelgeschwindigkeiten steiler verlaufen als die Kennlinien eines Kennlinienfeldes, das größeren Lenkwinkelgeschwindigkeiten zugeordnet ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) den Ausgangswert P_soll nach der Formel Psoll = (1 – G) × Psoll,1 + G × Psoll,2 berechnet, wobei P_soll,1 und P_soll,2 die Ausgangswerte der Kennlinienfelder sind.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kennlinienfeld (19') durch die Addition zweier Kennlinienfelder (25, 30) ersetzt ist, wobei das eine Kennlinienfeld (25, 30) Kennlinien zur Grundabstimmung und das andere Kennlinienfeld Kennlinien für die Handgefühlabstimmung aufweist.