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Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Beeinflussung der Dämpfung einer Servolenkung.
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Servolenkungen, die dem Fahrer bei Lenkmanövern eine Lenkunterstützungskraft zur Verfügung stellen, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Hinsichtlich des Dämpfungsverhaltens einer Servolenkung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, aktiv vom Fahrer aufgebrachte Lenkkräfte aus einer Lenkrad-Mittenposition heraus nur schwach oder gar nicht zu dämpfen, und demgegenüber einen selbsttätigen Rücklauf des Lenkrads in seine Mittenposition (bei fahrerseitig weitgehend freigegebenem Lenkrad) stärker zu dämpfen. Da das Lenkverhalten durch die schwache oder nicht vorhandene Dämpfung sehr direkt ist, bekommt der Fahrer bei seinen eigenen Lenkbewegungen ein sicheres Lenkgefühl vermittelt. Gibt der Fahrer das Lenkrad für eine selbsttätige Rückstellung in die Lenkrad-Mittenposition frei, findet hingegen eine starke Dämpfung äußerer Anregungen, wie z.B. Bodenwellen, statt. Dadurch werden die Rücklaufeigenschaften der Lenkung sowie die Fahrzeugsicherheit insgesamt verbessert.
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Die
DE 39 29 176 C2 beschreibt bereits eine Servolenkung, bei der je nach Betätigungsrichtung des Lenkrads unterschiedliche Dämpfungswerte vorgesehen werden können. Unter Betätigungsrichtung der Lenkung ist dabei zum einen das Einschlagen der Räder, d.h. also von der Geradeausfahrt zur Kurvenfahrt, und zum anderen das Rückstellen der Räder, also von der Kurvenfahrt zur Geradeausfahrt, zu verstehen. Als Eingangsgrößen dienen dabei die Lenkwinkelgeschwindigkeit und das Lenkmoment, welche dann in einem komplexen Verfahren in ein entsprechend angepasstes Dämpfungsmoment umgesetzt werden.
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Die
DE 101 56 369 B4 offenbart eine elektrische Servolenkung, deren Lenkverhalten dadurch verbessert werden soll, dass eine Lenkrückstellsteuerung ein Drehen und ein Rückdrehen des Lenkrads erkennt sowie Informationen über eine Lenkgeschwindigkeit dazu benutzt, einen Strom zu berechnen, mit dem das Zurückdrehen des Lenkrads in eine Neutralstellung gesteuert wird. Insbesondere wird durch den von der Lenkrückstellsteuerung berechneten Strom ein Unterstützungsmoment generiert, welches ein in Richtung zur Neutralstellung des Lenkrads hin wirkendes, sogenanntes Selbstausrichtmoment der elektrischen Servolenkung verstärkt, wobei die Neutralstellung des Lenkrads einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zur Beeinflussung der Dämpfung einer Servolenkung zu vereinfachen sowie eine Servolenkung zu schaffen, die abhängig von der jeweiligen Lenksituation mit geringem Aufwand unterschiedliche Dämpfungsmomente bereitstellt.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine erfindungsgemäße Servolenkung, mit einer elektronischen Steuerungseinheit, die einen Sollwert für ein Dämpfungsmoment in der Servolenkung bestimmt, einem mit der Steuerungseinheit verbundenen ersten Sensor zur Vorzeichenbestimmung eines Lenkwinkels, und einem mit der Steuerungseinheit verbundenen zweiten Sensor zur Vorzeichenbestimmung einer Lenkwinkelgeschwindigkeit, wobei die Steuerungseinheit den Sollwert für das Dämpfungsmoment bei gleichen Vorzeichen des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem vorgegebenen ersten Dämpfungsmultiplikator und bei unterschiedlichen Vorzeichen des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem vorgegebenen zweiten Dämpfungsmultiplikator ermittelt.
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Als Eingangsgrößen für die lenksituationsabhängige Bestimmung eines Sollwerts für das Dämpfungsmoment müssen hierbei lediglich die Vorzeichen des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit bestimmt werden. Dies ist mittels einfacher Sensoren unter geringem Aufwand möglich. Jeder Vorzeichenkombination ist im Folgenden ein Dämpfungsmultiplikator zugeordnet, der in die Berechnung des Sollwerts für das Dämpfungsmoment eingeht. Somit ist über die Vorzeichenbestimmung der leicht ermittelbaren Eingangsgrößen Lenkwinkel und Lenkwinkelgeschwindigkeit sowie die Bildung einer Vorzeichenkombination eine sehr einfache Beeinflussung der Dämpfung einer Servolenkung möglich.
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Vorzugsweise ist der erste Dämpfungsmultiplikator dabei kleiner als der zweite Dämpfungsmultiplikator. Dadurch ist sichergestellt, dass der Sollwert für das Dämpfungsmoment bei einer aktiven Lenkbewegung des Fahrers von der Geradeausfahrt in eine Kurvenfahrt kleiner als der Sollwert für das Dämpfungsmoment beim selbsttätigen Rücklauf des Lenkrads von einer Kurvenfahrt zu einer Geradeausfahrt ist.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Beeinflussung der Dämpfung einer Servolenkung, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:
- a) es wird das Vorzeichen eines Lenkwinkels bestimmt;
- b) es wird das Vorzeichen einer Lenkwinkelgeschwindigkeit bestimmt;
- c) es wird ein vorgegebener erster Dämpfungsmultiplikator gewählt, falls die Vorzeichen des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit gleich sind, oder ein vorgegebener zweiter Dämpfungsmultiplikator, falls die Vorzeichen unterschiedlich sind; und
- d) es wird mit Hilfe des gewählten Dämpfungsmultiplikators ein Sollwert für ein Dämpfungsmoment in der Servolenkung ermittelt.
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Besonders bevorzugt ist der erste Dämpfungsmultiplikator dabei kleiner als der zweite Dämpfungsmultiplikator. Durch dieses einfache Verfahren wird über leicht ermittelbare Eingangsgrößen abhängig von der Fahrsituation des Fahrzeugs ein größeres oder kleineres Dämpfungsmoment bereitgestellt.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 eine Schemaskizze einer erfindungsgemäßen Servolenkung; und
- - 2 ein Diagramm zur Ermittlung eines Dämpfungsmultiplikators, abhängig von den Vorzeichen eines Lenkwinkels und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit.
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Die 1 zeigt eine als Zahnstangenlenkung ausgebildete Servolenkung 10 mit einer elektronischen Steuerungseinheit 12, die einen Sollwert für ein Dämpfungsmoment in der Servolenkung 10 bestimmt, einem mit der Steuerungseinheit 12 verbundenen ersten Sensor 14 zur Vorzeichenbestimmung eines Lenkwinkels α, und einem mit der Steuerungseinheit 12 verbundenen zweiten Sensor 16 zur Vorzeichenbestimmung einer Lenkwinkelgeschwindigkeit ω.
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Ferner ist in 1 ein Lenkrad 18 und ein Lenkgestänge 20 dargestellt, welches über eine Servoventileinrichtung 22 mit einer Zahnstange 24 der Fahrzeuglenkung in Verbindung steht.
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Die elektronische Steuerungseinheit 12 ermittelt aus verschiedenen Parametern einen Sollwert für ein Dämpfungsmoment in der Servolenkung, welcher dann an die Servoventileinrichtung 22 weitergegeben wird. Zwei dieser Parameter sind die Daten des ersten Sensors 14 und des zweiten Sensors 16. In einigen Ausführungsformen können zur Sollwertermittlung noch weitere Parameter, wie z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen werden. Durch die Servoventileinrichtung 22 wird daraufhin ein Hydraulikstrom in die Arbeitskammern einer Zylinder/Kolben-Einheit 26 so gesteuert, dass das gewünschte Dämpfungsmoment in der Servolenkung 10 erreicht wird.
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Obwohl in 1 eine hydraulische Servolenkung 10 mit Servoventileinrichtung 22 und Zylinder/Kolben-Einheit 26 gezeigt ist, lässt sich der Erfindungsgedanke analog auch auf elektromechanische Servolenkungen übertragen. Statt der Servoventileinrichtung 22 steuert die elektronische Steuerungseinheit 12 dann einen Elektromotor an, der über das Lenkgestänge 20 die Zahnstange 24 bewegt.
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Die 2 zeigt ein Diagramm, bei dem der Lenkwinkel α über der Lenkwinkelgeschwindigkeit ω (entspricht dα/dt) aufgetragen ist. Dieses Diagramm wird verwendet, um Dämpfungsmultiplikatoren D1, D2 zu bestimmen, mittels denen der Sollwert für das Dämpfungsmoment der Servolenkung 10 ermittelt wird. Da jedem Quadrant des Diagramms ein fester Dämpfungsmultiplikator D1, D2 zugeordnet ist, kommt es bei den jeweiligen Wertepaaren lediglich auf die Vorzeichen und nicht auf die genauen Zahlenwerte des Lenkwinkels α und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ω an. Über die Sensordaten des ersten Sensors 14 und des zweiten Sensors 16 läßt sich im Diagramm der 2 ein Quadrant bestimmen, in dem das Wertepaar liegt. Hierfür wird zunächst eine Drehrichtung des Lenkrads 18, z.B. eine Drehrichtung im Uhrzeigersinn, als positiv definiert. Dies bedeutet, daß der Lenkwinkel α eines (bezüglich der Lenkrad-Mittenposition) im Uhrzeigersinn verdrehten Lenkrads 18 sowie eine Drehung des Lenkrads 18 im Uhrzeigersinn als positiv gelten. Ist das Lenkrad bezüglich seiner Mittenposition entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, so ist der Lenkwinkel α entsprechend negativ definiert, genau wie die Lenkwinkelgeschwindigkeit ω bei einer Drehung des Lenkrads 18 entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Die Vorzeichenkombinationen im ersten und dritten Quadranten (Lenkwinkel α und Lenkwinkelgeschwindigkeit ω beide positiv oder beide negativ) sind einem ersten Dämpfungsmultiplikator D1 zugeordnet, und die Vorzeichenkombinationen im zweiten und vierten Quadranten (Lenkwinkel α positiv und Lenkwinkelgeschwindigkeit ω negativ oder umgekehrt) sind dem zweiten Dämpfungsmultiplikator D2 zugeordnet. Bei gleichen Vorzeichen ist das Lenkrad 18 bereits im Uhrzeigersinn verdreht und wird weiter im Uhrzeigersinn gedreht oder es ist entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht und wird weiter entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Hieraus lässt sich auf eine aktive Lenkbewegung des Fahrers schließen, bei der lediglich eine geringe oder gar keine Dämpfung erwünscht ist.
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Unterschiedliche Vorzeichen weisen darauf hin, dass das Lenkrad 18 bereits im Uhrzeigersinn verdreht ist und entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird oder, dass das Lenkrad 18 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht ist und im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dies lässt auf einen Rücklauf des Lenkrads 18 in seine Mittenposition für eine Geradeausfahrt schließen, bei dem eine hohe Dämpfung der Servolenkung 10 erwünscht ist.
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Der erste Dämpfungsmultiplikator D1 ist daher kleiner als der zweite Dämpfungsmultiplikator D2 gewählt. Die Dämpfungsmultiplikatoren D1, D2 sind vorgegebene Werte, die in eine Berechnung des Sollwerts für ein Dämpfungsmoment in der Servolenkung 10 eingehen. Für den Grenzfall, dass der Lenkwinkel α und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit ω den Wert Null annehmen, kann dem entsprechenden Wertepaar der erste Dämpfungsmultiplikator D1, der zweite Dämpfungsmultiplikator D2 oder ein geeigneter dritter Dämpfungsmultiplikator D3 zugeordnet werden, der ebenfalls in der elektronischen Steuerungseinheit 12 vorgegeben und von den ersten beiden Dämpfungsmultiplikatoren D1, D2 verschieden ist.
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Im folgenden wird kurz auf das Verfahren zur Beeinflussung der Dämpfung der Servolenkung 10 eingegangen. Zunächst wird kontinuierlich das Vorzeichen des Lenkwinkels α mittels des ersten Sensors 14 bestimmt und an die elektronische Steuerungseinheit 12 weitergeleitet. Gleichzeitig wird das Vorzeichen der Lenkwinkelgeschwindigkeit ω mittels des zweiten Sensors 16 bestimmt und ebenfalls an die elektronische Steuerungseinheit 12 weitergeleitet. In einem weiteren Verfahrensschritt wählt die elektronische Steuerungseinheit 12 den in der Steuerungseinheit 12 gespeicherten ersten Dämpfungsmultiplikator D1 aus, falls die Vorzeichen des Lenkwinkels α und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ω gleich sind, oder den in der Steuerungseinheit 12 gespeicherten zweiten Dämpfungsmultiplikator D2, falls die Vorzeichen des Lenkwinkels α und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ω unterschiedlich sind. Mit dem gewählten ersten oder zweiten Dämpfungsmultiplikator D1, D2 wird in der Steuerungseinheit 12 in einem weiteren Verfahrensschritt der Sollwert für das Dämpfungsmoment in der Servolenkung 10 ermittelt. In diese Sollwertermittlung können auch weitere Eingangsparameter, wie z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit eingehen. Die elektronische Steuerungseinheit 12 gibt den Sollwert für das Dämpfungsmoment in der Servolenkung dann an einen Servoantrieb weiter, der das gewünschte Lenkverhalten der Servolenkung 10 sicherstellt. Dieser Servoantrieb kann bei elektromechanischen Servolenkungen 10 ein Elektromotor und bei hydraulischen Servolenkungen 10 eine Hydraulikpumpe mit gekoppelter Zylinder/Kolben-Einheit 26 sein. Da der erste Dämpfungsmultiplikator D1 kleiner als der zweite Dämpfungsmultiplikator D2 ist, bietet dieses Verfahren eine sehr einfache Möglichkeit, die Servolenkung 10 beim selbsttätigen Rücklauf stärker zu dämpfen als bei einer entgegengesetzten, vom Fahrer aufgebrachten Lenkradbewegung.
