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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer elektromotorisch
betriebenen Pumpe eines hydraulischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge
sowie ein hydraulisches Servolenksystem.
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Hydraulische
Kraftfahrzeug-Servolenksysteme mit einer Pumpe und einem Elektromotor
zum Antreiben der Pumpe sind bereits allgemein bekannt. Außerdem sind
für diese
Servolenksysteme im Stand der Technik bereits Verfahren offenbart,
bei denen Sollwerte für
die Drehzahl des Elektromotors zur Ansteuerung der Pumpe bestimmt
werden. In der Regel hängen
diese Motordrehzahl-Sollwerte von einer Lenkrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit
ab. Üblicherweise
werden dabei die Motordrehzahl-Sollwerte bei konstanter Lenkrate
und zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit monoton verringert oder
konstant gehalten. Dieser Sollwertverlauf ist dadurch in vorteilhafter
Art und Weise an ein gewünschtes
Verhalten des Servolenksystems angepaßt, nämlich bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten
eine hohe Lenkunterstützung
bereitzustellen, die mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit absinkt.
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Im übrigen ist
auch bekannt, die Motordrehzahl-Sollwerte bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit
sowie zunehmender Lenkrate monoton auf einen Maximalwert zu steigern.
Dieser Sollwertverlauf ist dabei ebenfalls an ein gewünschtes
Verhalten des Servolenksystems angepaßt, nämlich unabhängig von der Lenkwinkelgeschwindigkeit
eine konstante Lenkunterstützung
zur Verfügung zu
stellen. Die steigende Drehzahl ist erforderlich, um den erhöhten Volumenstrombedarf
aufgrund der schnelleren Lenkbewegung zu realisieren.
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Als
nachteilig haben sich bei den beschriebenen hydraulischen Servolenksystemen
die auftretenden Betriebsgeräusche
erwiesen, welche unter bestimmten Systemrandbedingungen unerwünscht hoch
sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist entsprechend die Schaffung eines hydraulischen
Servolenksystems mit reduzierten Betriebsgeräuschen sowie die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Steuerung einer elektromotorisch betriebenen
Pumpe des hydraulischen Servolenksystems, welches eine reduzierte
Geräuschemission
beim Betrieb des Servolenksystems sicherstellt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Steuerung einer elektromotorisch betriebenen Pumpe
eines hydraulischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge, das folgende
Schritte aufweist:
Ermitteln einer Lenkrate;
Ermitteln
einer Fahrzeuggeschwindigkeit;
Bestimmen von Motordrehzahl-Sollwerten
des Elektromotors in Abhängigkeit
von der Lenkrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei die Motordrehzahl-Sollwerte jeweils
bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit sowie zunehmender Lenkrate
monoton auf einen Maximalwert gesteigert werden;
Vorgeben eines
ersten Maximalwerts im Bereich einer Parkiergeschwindigkeit des
Fahrzeugs sowie weiterer Maximalwerte oberhalb der Parkiergeschwindigkeit,
wobei der erste Maximalwert kleiner als die weiteren Maximalwerte
ist; und
Ansteuern des Elektromotors gemäß den Motordrehzahl-Sollwerten.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Betriebsgeräusche des
Servolenksystems im wesentlichen bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten als
störend
empfunden werden, und daß dies
im wesentlichen auf ständige
Drehzahländerungen
des Elektromotors zurückzuführen ist.
Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten im Bereich der Parkiergeschwindigkeit
treten infolge erhöhter
Reibung oder sonstiger Widerstände
vergleichsweise hohe Lenkkräfte
auf, die zu einer hohen Belastung im hydraulischen Servolenksystem
führen.
Infolge dieser hohen (Druck-)Belastung kann die Pumpe vom Elektromotor
nicht mehr mit der gewünschten
Drehzahl angetrieben werden, so daß der Motordrehzahl-Istwert mitunter
erheblich unter den Motordrehzahl-Sollwert absinkt. Da die Lenkkräfte im Bereich
der Parkiergeschwindigkeit jedoch kein gleichmäßig hohes Niveau aufweisen,
sondern stark schwanken, wird der Elektromotor bei nachlassendem
Lastzustand des Servolenksystems die Motordrehzahl nach Möglichkeit
sofort erhöhen,
um den Sollwert zu erreichen.
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Bei
Fahrzeuggeschwindigkeiten im Bereich der Parkiergeschwindigkeit ändert sich
die Ist-Drehzahl des Elektromotors also zwischen einem vorgegebenen
Motordrehzahl-Sollwert und einer infolge hoher auftretender Systemlast
deutlich verminderten Motordrehzahl. Bei diesen Drehzahlwechseln
zwischen dem Drehzahl-Sollwert
und dem lastbedingt verminderten Drehzahlwert entstehen Geräusche, die
vom Fahrer als störend
empfunden werden. Das Auftreten dieser Geräusche ist dabei um so wahrscheinlicher,
je größer der
durchlaufene Drehzahlbereich, d. h. der Unterschied zwischen dem
Motordrehzahl-Sollwert und dem lastbedingt verminderten Drehzahlwert
ist.
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Da
der hohe Motordrehzahl-Sollwert im Bereich der Parkiergeschwindigkeit
des Fahrzeugs infolge der hohen Lenkkräfte bzw. der hohen Systemlast
kaum erreicht wird, kann der Motordrehzahl-Sollwert in diesem Bereich
erfindungsgemäß abgesenkt werden,
ohne daß dies
zu nennenswerten Leistungseinbußen
des Servolenksystems führt.
Durch diese Absenkung wird jedoch zugleich der Drehzahlbereich,
den der Elektromotor zwischen dem Motordrehzahl-Sollwert und dem
lastbedingt verminderten Drehzahlwert durchläuft, deutlich verringert. Abhängig von
den konkreten Einstellungen durchläuft der Elektromotor nur noch
kleinere Drehzahldifferenzen, was zu einem weniger auffälligen Geräuschverhalten führt.
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In
einer bevorzugten Verfahrensvariante werden die Motordrehzahl-Sollwerte
im Bereich der Parkiergeschwindigkeit bei zunehmender Lenkrate zunächst monoton
auf einen vorgegebenen Zwischenwert gesteigert, dann über einen
vorgegebenen Lenkratenbereich konstant gehalten und anschließend monoton
auf den ersten Maximalwert gesteigert. Dieser Drehzahlverlauf beruht
auf der Erkenntnis, daß hohe
Motordrehzahlen im Bereich geringer Lenkraten nicht unbedingt notwendig
sind. Daher wird der Motordrehzahl-Sollwert bei niedrigen Lenkraten
zunächst
nur auf einen geringen Zwischenwert gesteigert, bevor er bei höheren Lenkraten
weiter auf den ersten Maximalwert gesteigert wird. Die Vorteile
bei dieser erneuten, bereichsweisen Absenkung der Motordrehzahl-Sollwerte
vom ersten Maximalwert auf den Zwischenwert entsprechen dabei den
zuvor beschriebenen Vorteilen durch die Absenkung der Motordrehzahl-Sollwerte
im Bereich der Parkiergeschwindigkeit auf einen verringerten ersten
Maximalwert. Ferner werden die Schwankungen in den Motordrehzahl-Sollwerten,
die durch die Schwankungen der Lenkwinkelgeschwindigkeit hervorgerufen
werden, über
einen weiten Bereich eliminiert, was zu einer zusätzlichen
Geräuschminderung
führt.
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Vorteilhafte
und zweckmäßige Ausgestaltungen
des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1a und
b ein Kennlinienfeld, das auf einem Verfahren zur Steuerung einer
elektromotorisch betriebenen Pumpe gemäß dem Stand der Technik beruht;
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2a und
b ein Kennlinienfeld, das auf einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Steuerung einer elektromotorisch betriebenen Pumpe beruht; und
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3 ein
erfindungsgemäßes hydraulisches Servolenksystem,
welches durch das erfindungsgemäße Verfahren
angesteuert wird.
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Die 1a zeigt
ein bekanntes Kennlinienfeld 10' gemäß dem Stand der Technik, bei
dem Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll in Abhängigkeit
von einer Lenkrate vφ und einer Fahrzeuggeschwindigkeit
v angegeben werden.
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Die
Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll werden jeweils
bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit v sowie zunehmender Lenkrate
vφ monoton
auf einen Maximalwert vM,Max gesteigert,
wobei dieser Maximalwert vM,Max im Ausführungsbeispiel
gemäß 1a bei 5280
Umdrehungen pro Minute [U/min] liegt und für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten
identisch ist. Als monoton steigend bzw. fallend gelten dabei alle
Verläufe
der Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll, bei
denen vM,soll(vφ+δφ) ≥ vM,soll(vφ)
bzw. vM,soll(vφ+δφ) ≤ vM,soll(vφ)
ist (für δφ > 0).
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Die
Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll werden bei
einer geringen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit v mit zunehmender
Lenkrate vφ schneller
gesteigert als bei einer hohen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit
v.
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Darüber hinaus
werden die Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll bei
konstanter Lenkrate vφ sowie zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit
v verändert, in
der dargestellten Verfahrensvariante nach 1a insbesondere
jeweils monoton verringert oder konstant gehalten.
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Die 1b zeigt
ein Diagramm 12',
bei dem die Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll über der
Lenkrate vφ aufgetragen
sind. In das Diagramm 12' eingezeichnet
ist eine Sollwertkurve 14' für geringe
Fahrzeuggeschwindigkeiten v, wobei geringe Fahrzeuggeschwindigkeiten
v im folgenden auch als Parkiergeschwindigkeit bezeichnet werden.
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Im
vorliegenden Beispiel ist durch die Sollwertkurve 14' die erste Zeile
des Kennlinienfelds 10' veranschaulicht.
Diese erste Zeile ist in 1a durch einen
Pfeil 16' hervorgehoben
und gilt im vorliegenden Beispiel für Fahrzeuggeschwindigkeiten
0 ≤ v < 15 km/h. Dementsprechend
sind in diesem Fall Geschwindigkeiten v bis maximal 15 km/h als
Parkiergeschwindigkeit definiert. In anderen Ausführungsbeispielen
kann die Parkiergeschwindigkeit selbstverständlich anders definiert sein
und beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeiten bis maximal 20 km/h umfassen.
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In 1b wird
deutlich, daß der
Motordrehzahl-Sollwert vM,soll von einem
Startwert 2490 U/min für
vφ =
0°/s rasch
auf einen Maximalwert von vM,soll = 5280
U/min für
vφ =
90°/s ansteigt
und bei weiter steigender Lenkrate vφ konstant
bleibt.
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Die 2a zeigt
ein Kennlinienfeld 10, dessen Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll auf einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Steuerung einer elektromotorisch betriebenen Pumpe eines hydraulischen
Servolenksystems für
Kraftfahrzeuge beruhen.
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Mit
Ausnahme der ersten Zeile, die wiederum durch einen Pfeil 16 hervorgehoben
ist, entspricht das Kennlinienfeld 10 gemäß 2a exakt
dem bekannten Kennlinienfeld 10' gemäß 1a. Um
Wiederholungen zu vermeiden wird daher zum allgemeinen Verständnis des
Steuerungsverfahrens und des Kennlinienfelds 10 auf obige
Beschreibung verwiesen und im folgenden lediglich auf erfindungsrelevante
Besonderheiten eingegangen.
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Analog
zur 1b veranschaulicht die 2b die
erste Zeile des Kennlinienfelds 10 aus 2a und
zeigt ein Diagramm 12, bei dem die Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll über
der Lenkrate vφ aufgetragen
sind.
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Es
wird deutlich, daß die
Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll bei konstanter
Lenkrate vφ sowie
zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v jeweils monoton verringert
oder konstant gehalten werden, und daß die Motordrehzahl-Sollwerte
vM,soll bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit
v sowie zunehmender Lenkrate vφ jeweils monoton auf
einen Maximalwert vM,Max gesteigert werden.
Im Unterschied zur Ausführung
gemäß dem Stand
der Technik in den 1a und 1b, wird
im Bereich der Parkiergeschwindigkeit, im vorliegenden Beispiel
also bei Fahrzeuggeschwindigkeiten v < 15 km/h, ein erster Maximalwert vM,Max1 = 4300 U/min vorgegeben. Ober halb
der Parkiergeschwindigkeit wird ein zweiter Maximalwert vM,Max2 = 5280 U/min vorgegeben, der im vorliegenden
Beispiel für
alle Fahrzeuggeschwindigkeiten v (oberhalb der Parkiergeschwindigkeit)
identisch ist. In alternativen Ausführungsformen können für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten
v oberhalb der Parkiergeschwindigkeit auch verschiedene Maximalwerte vM,Max* vorgegeben werden, wobei diese Maximalwerte
vM,Max* vorzugsweise weitgehend identisch
sind, also beispielsweise um höchstens
5% voneinander abweichen und im Mittel einem zweiten Maximalwert vM,Max2 entsprechen.
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Die
dargestellten Zahlenwerte sind selbstverständlich lediglich beispielhaft
zu verstehen und sollen eine Größenordnung
veranschaulichen. Im allgemeinen wird der erste Maximalwert vM,Max1 vorzugsweise etwa 20% kleiner als
der zweite Maximalwert vM,Max2 bzw. die
weiteren Maximalwerte vM,Max* vorgegeben.
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Durch
diese Maximalwertabsenkung im Bereich der Parkiergeschwindigkeit
ergibt sich aus den eingangs genannten Gründen eine Verringerung der Betriebsgeräusche des
Servolenksystems, ohne daß es
zu nennenswerten Leistungseinbußen
kommt.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsvariante
nach den 2a und 2b werden
die Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll im Bereich
der Parkiergeschwindigkeit bei zunehmender Lenkrate vφ zunächst monoton
auf einen vorgegebenen Zwischenwert vM,Z gesteigert,
dann über
einen vorgegebenen Lenkratenbereich konstant gehalten und anschließend monoton
auf den ersten Maximalwert vM,Max1 gesteigert (vgl.
Sollwertkurve 14 in 2b), so
daß sich
ein Treppenstufenverlauf ergibt. Durch diese weitere Absenkung des
ersten Maximalwerts vM,Max1 im Bereich kleiner
Lenkraten vφ ist
eine weitere Verringerung der Betriebsgeräusche des Servolenksystems
möglich. In
alternativen Ausführungsvarianten
können
zur Feinabstimmung des Servolenksystems selbstverständlich auch
mehrere Zwischenwerte vM,Z vorgesehen sein,
die zu einer weiteren Geräuschminderung führen. In
diesem Fall werden die Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll im
Bereich der Parkiergeschwindigkeit bei zunehmender Lenkrate vφ zunächst auf
einen vorgegebenen ersten Zwischenwert gesteigert, dann über einen
vorgegebenen Lenkratenbereich konstant gehalten, anschließend monoton
auf einen zweiten Zwischenwert gesteigert, dann über einen vorgegebenen Lenkratenbereich
konstant gehalten, usw., bis letztlich der erste Maximalwert vM,Max1 über einen
mehrstufigen Funktionsverlauf erreicht wird.
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Wie
bereits in den 2a und 2b dargestellt,
wird das Verfahren zur Steuerung der elektromotorisch betriebenen
Pumpe eines hydraulischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge vorzugsweise mit
Hilfe des Kennlinienfelds 10 durchgeführt, wobei in dem Kennlinienfeld 10 die
Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll in Abhängigkeit
von der Lenkrate vφ und der Fahrzeuggeschwindigkeit
v abgelegt sind. Das Verfahren läuft
dann wie folgt ab: Zunächst
wird die Lenkrate vφ und
die Fahrzeuggeschwindigkeit v über Sensoren
ermittelt, danach werden mit Hilfe des Kennlinienfeldes 10 die
Motordrehzahl-Sollwerte vM,soll des Elektromotors
in Abhängigkeit
von der Lenkrate vφ und der Fahrzeuggeschwindigkeit
v in einer Steuereinheit bestimmt, und schließlich wird der Elektromotor
gemäß den Motordrehzahl-Sollwerten vM,soll angesteuert.
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Die 3 zeigt
schematisch ein hydraulisches Servolenksystem 18 für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Pumpe 20, die durch einen Elektromotor 22 angetrieben
wird und einen Hydraulikdruck bereitstellt, einem Lenkzylinder 24,
der zwei Arbeitskammern 26, 28 aufweist und abhängig vom
Hydraulikdruck in den Arbeitskammern 26, 28 eine
hydraulische Lenkunterstützung
erzeugt, sowie einer elektronischen Steuereinheit 30, die
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren einen Sollwert vM,soll für die Drehzahl
des Elektromotors 22 bestimmt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 umfaßt das Servolenksystem 18 außerdem noch
ein Servoventil 32, welches den hydraulischen Volumenstrom
und damit auch den Druck in den Arbeitskammern 26, 28 in
gewünschter
Weise beeinflussen kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante weist
die elektronische Steuereinheit 30 das Kennlinienfeld 10 auf,
in welchem abhängig
von der Lenkrate vφ und der Fahrzeuggeschwindigkeit
v die Sollwerte vM,soll für die Motordrehzahl
abgelegt sind. Zur Ermittlung der Lenkrate vφ und
der Fahrzeuggeschwindigkeit v umfaßt das Servolenksystem 18 entsprechende
Sensoren 34, die mit der Steuereinheit 30 in Verbindung
stehen.