DE102008060306B4

DE102008060306B4 - Hydraulische Servolenkvorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Pumpenantriebsmotors

Info

Publication number: DE102008060306B4
Application number: DE102008060306.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Gaschka
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: DE102008060306A1

Abstract

Hydraulische Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Pumpe, mit einem Pumpenantriebsmotor, der wahlweise in einer definierten hohen Leistungsstufe (C), einer definierten niedrigen Leistungsstufe (B) und einer definierten zusätzlichen Leistungsstufe (A) betrieben wird, wobei die Drehzahl n des Motors in der zusätzlichen Leistungsstufe (A) gegenüber der niedrigen Leistungsstufe (B) verringert ist, und mit einer Steuerung, die einen Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in die niedrige Leistungsstufe (B) vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung den Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in die niedrige Leistungsstufe (B) wenigstens teilweise durch allmähliches Ändern der Drehzahl n des Motors oder durch einen Sprung der Drehzahl n des Motors vornimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkvorrichtung mit einer Pumpe und einem Pumpenantriebsmotor, der wahlweise in einer definierten hohen Leistungsstufe, einer definierten niedrigen Leistungsstufe und einer definierten zusätzlichen Leistungsstufe betrieben wird, wobei die Drehzahl n des Motors in der zusätzlichen Leistungsstufe gegenüber der niedrigen Leistungsstufe verringert ist, und mit einer Steuerung, die einen Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in die niedrige Leistungsstufe (B) vornimmt.. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung des Pumpenantriebsmotors einer solchen hydraulischen Servolenkvorrichtung.
Aus der EP 0 673 328 B2 ist eine Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine Hydraulikpumpe zur Förderung von Hydraulikfluid zu einem Servoventil von einem Elektromotor in zwei definierten Leistungsstufen angetrieben werden kann, nämlich einem Stand-by-Betrieb und einem Vollastbetrieb. Als Maß für die Leistungsanforderung der Hydraulikpumpe wird die Stromaufnahme des Motors mittels eines Stromsensors erfaßt. Der Stromsensor ist mit einer Steuereinheit verbunden, die die Werte des Stromsensors auswertet und gegebenenfalls eine Umschaltung aus einer Leistungsstufe des Motors in die andere vornimmt. Die Servolenkvorrichtung gemäß EP 0 673 328 B2 weist jedoch keinen Lenkwinkelsensor auf, so dass unterschiedliche Lenkunterstützungen allein von der Detektion des Stroms und dessen Gradienten oder ggf. auch der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen.
Die DE 103 25 848 A1 schlägt vor, zwischen der hohen Leistungsstufe und der niedrigen Leistungsstufe eine weitere, mittlere Leistungsstufe vorzusehen. Diese Zwischenstufe ermöglicht eine flexiblere Anpassung der Pumpenleistung an die jeweils herrschenden Anforderungen.
Die DE 102 11 396 A1 zeigt eine Hilfskraftlenkung mit einer Druckmittelpumpe und einem Antriebsmotor. Zwischen der Druckmittelpumpe und dem Motor ist eine Kupplung angeordnet, so daß die Druckmittelpumpe vom Motor trennbar ist. Die Trennung erfolgt insbesondere dann, wenn keine Lenkbewegung erfolgt, d.h. wenn keine hydraulische Unterstützung benötigt wird.
Aus der US 4 392 540 A ist eine Steuerung eines Motors einer Servolenkvorrichtung in Abhängigkeit des durch den Motor fließenden Lenklaststroms bekannt. Der Lenklaststrom wird mit Hilfe von Stromdetektormitteln oder einer Stromdetektorschaltung ermittelt. Die Steuerung sieht vor, daß bei unbewegtem Lenkrad die vom Motor angetriebene Ölpumpe der Servolenkvorrichtung die Drehung mit einer niedrigen Drehzahl so lange fortsetzt, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Schwellenwert ansteigt. Wird der Schwellenwert überschritten, wird der Motor auf einer weiter reduzierten Drehzahl oder im Stillstand gehalten.
Die DE 10 2005 042 509 A1 offenbart eine gattungsgemäße hydraulische Servolenkvorrichtung sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung des Pumpenantriebsmotors einer hydraulischen Servolenkvorrichtung mit einer definierten hohen Leistungsstufe und einer definierten niedrige Leistungsstufe, in denen der Motor wahlweise betrieben wird. Es ist ferner eine definierte zusätzliche Leistungsstufe für den Motor vorgesehen, bei der die Drehzahl des Motors gegenüber der niedrigen Leistungsstufe verringert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch einer Servolenkvorrichtung auf kostengünstige Weise zu senken und das Lenkgefühl zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Servolenkvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Steuerung des Pumpenantriebsmotors einer solchen Servolenkvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei einer Servolenkung der eingangs genannten Art eine Steuerung einen Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe in die niedrige Leistungsstufe wenigstens teilweise durch allmähliches Ändern der Drehzahl n des Motors oder durch einen Sprung der Drehzahl n des Motors vornimmt. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß in bestimmten Fahrsituationen keine hydraulische Lenkunterstützung erforderlich ist und auf die Funktion der Pumpe im Prinzip vollständig verzichtet werden kann. Bei diesen Situationen kann es sich um Geradeausfahrt des Fahrzeugs handeln, oder z. B. um Kurvenfahrten, bei denen die Lenkwinkelgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich Null ist oder einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt. In diesen Situationen wird der Motor in der erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Leistungsstufe (Stufe A) betrieben, bei der der Motor gar nicht oder nur mit äußerst geringer Drehzahl betrieben wird. Dieser Betrieb kann daher auch als „Sleeping Mode“ bezeichnet werden. Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung ist, daß keine Kupplung zum Trennen der Pumpe vom Motor erforderlich ist. Es hat sich gezeigt, daß durch die Einführung der zusätzlichen Leistungsstufe A nicht nur der durchschnittliche Energieverbrauch der Servolenkvorrichtung reduziert, sondern auch der CO₂-Ausstoß deutlich verringert werden kann. Der erfindungsgemäß vorgesehene rampenartige Wechsel zwischen der zusätzlichen Leistungsstufe A (Sleeping Mode) in die niedrige Leistungsstufe (Stufe B) sorgt für einen sanften Übergang, der für den Fahrer (ob Laie oder Fachmann auf dem Gebiet der Pumpensteuerung bei Servolenkungen) nicht mehr erkennbar ist. In Abhängigkeit von bestimmten Fahrtsituationen kann der Wechsel zwischen der zusätzlichen Leistungsstufe A und der niedrigen Leistungsstufe B auch durch einen Sprung erfolgen, wobei dies jedoch so vollzogen wird, dass es vom Fahrer nicht bemerkt wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Steuerung des Pumpenantriebsmotors einer erfindungsgemäßen hydraulischen Servolenkvorrichtung, bei der ein Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe in die niedrige Leistungsstufe wenigstens teilweise durch allmähliches Ändern der Drehzahl n des Motors oder durch einen Sprung der Drehzahl n des Motors erfolgt.
In der beigefügten Zeichnung, auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, zeigt die einzige Figur eine Diagrammdarstellung der Betriebsarten eines Pumpenantriebsmotors bei einer erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung.
Im Diagramm der Figur sind schematisch die definierten Leistungsstufen dargestellt, in denen der Motor (und damit die Pumpe) der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung betrieben werden kann, wobei die konkrete Abhängigkeit der Drehzahl n von der Fahrzeuggeschwindigkeit v von der Darstellung im Diagramm abweichen kann.
Es sind in bekannter Weise eine hohe Leistungsstufe C (Vollast, Pumpendrehzahl bis 6000 rpm) und eine niedrige Leistungsstufe B (Stand-by, Drehzahl etwa im Bereich 1500 bis 3000 rpm) vorgesehen. Im Vollastbetrieb wird der Motor mit hoher Drehzahl n betrieben, so daß die Pumpe einen hohen hydraulischen Fluß erzeugt. Im Stand-by-Betrieb ist die Motordrehzahl n soweit reduziert, daß nur noch eine geringe Hydraulikströmung aufrechterhalten wird. Bei erhöhtem Leistungsbedarf der Pumpe wird der Motor in den Vollastbetrieb, bei geringem Leistungsbedarf wieder zurück in den Stand-by-Betrieb geschaltet. Diese beiden Leistungsstufen bilden somit einen integralen Bestandteil des Lenkzyklus. Zwischen den Leistungsstufen C und B kann noch eine mittlere Leistungsstufe (Last) vorgesehen sein, die im Diagramm nicht dargestellt ist. Diese Leistungsstufen werden im folgenden als „Normal Mode“ zusammengefaßt.
Eine weitere definierte Leistungsstufe A ist unterhalb des Stand-by-Betriebs angesiedelt. In dieser Leistungsstufe A, die keinen integralen Bestandteil des Lenkzyklus darstellt und als „Sleeping Mode“ bezeichnet wird, ist die Drehzahl n des Motors gegenüber der niedrigen Leistungsstufe B des Normal Mode nochmals signifikant verringert (Drehzahl etwa im Bereich 500 bis 1500 rpm). Die Leistungsstufe A soll sich im wesentlichen bei Stillstand des Kraftfahrzeugs (z. B. vor einer Ampel) einstellen. Alternativ ist dieser Betriebsmodus auch bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs oder auch bei bestimmen Kurvenfahrten, wobei die Lenkwinkelgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich Null ist oder einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt, möglich.
Der Motor der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung ist permanent, d.h. kupplungsfrei, an die Pumpe gekoppelt. Den Betrieb des Motors, insbesondere die Drehzahleinstellung, übernimmt eine programmierte Steuereinheit. Auf diese Weise kann auf eine mechanische An- oder Entkupplung der Pumpe verzichtet werden, da die Leistungsstufe und damit die Drehzahl des Motors von einem in einer Steuereinheit abgelegten Programm anhand vorgegebener Kriterien festgelegt wird, wobei die Kriterien individuell angepaßt werden können. Eingangsgrößen für den Algorithmus, der über die Wahl der aktuellen Leistungsstufe entscheidet, sind insbesondere die aktuelle Lenkwinkelgeschwindigkeit (Lenkraddrehgeschwindigkeit) und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, ggf. werden auch deren zeitliche Ableitungen berechnet und einbezogen.
Unter bestimmten Voraussetzungen, die eine Beeinträchtigung der Fahrsicherheit ausschließen, initiiert die Steuereinheit eine Umschaltung in die zusätzliche Leistungsstufe A. Der Sleeping Mode wird durch definierte Lenkbewegungen des Fahrers automatisch wieder verlassen, wobei dann ein Wechsel in eine der anderen Leistungsstufen der Lenkung erfolgt, üblicherweise (zunächst) in die Leistungsstufe B.
Um das Lenkgefühl für den Fahrer zu verbessern, erfolgt der Wechsel von einer Leistungsstufe in eine andere nicht abrupt, sondern allmählich. Der Übergang wird also nicht durch einen Sprung, sondern durch kontinuierliches Steigern bzw. Absenken der Pumpendrehzahl vollzogen, bis die gewünschte Leistungsstufe erreicht ist (Solldrehzahlrampen). Von besonderer Bedeutung ist hierbei der Wechsel aus der Leistungsstufe A (Sleeping Mode) in die Leistungsstufe B (Stand-by) über eine solche Solldrehzahlrampe.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpendrehzahl in der Leistungsstufe A gleich 0 rpm. Das Motor-/PumpenAggregat ist in dieser Betriebsart aber nicht entkuppelt oder komplett abgeschaltet. Insbesondere die Steuereinheit mit dem Steuerprogramm für den Betrieb der Pumpe ist weiterhin aktiv, so dass auch in diesem Fall von einer definierten Leistungsstufe gesprochen werden kann.
Unter bestimmten Umständen, wenn etwa der Motor sensorlos (Rotor ohne Hallsensoren) ausgeführt ist und eine bestimmte Art der Motorsteuerung verwendet wird, kann es sein, daß ein allmählicher Anstieg der Pumpendrehzahl 0 rpm auf eine vorher festgelegte Drehzahl nicht ohne weiteres möglich ist. In diesem Fall erfolgt der Wechsel von der Leistungsstufe A in die Leistungsstufe B (und nur dieser Wechsel) entweder durch einen abrupten Sprung direkt auf die Drehzahl der Leistungsstufe B, oder durch einen Sprung auf eine Mindestdrehzahl (die nicht mit der Leistungsstufe B übereinstimmt, z. B. 1000 rpm) und - ausgehend von dieser Mindestdrehzahl - anschließendes allmähliches Ändern der Drehzahl (Solldrehzahlrampe), bis die gewünschte Drehzahl der Leistungsstufe B erreicht ist.
Unter Bezugnahme auf die vorstehend genannten Drehzahlbereiche des Elektromotors versteht sich, daß diese Werte rein beispielhaft und ohne Einschränkung zu verstehen sind.
In jedem Fall entscheidet die programmierte Steuereinheit auf der Grundlage der zuvor genannten Eingangsgrößen in welcher Leistungsstufe der Motor bzw. die Pumpe der erfindungsgemäßen hydraulischen Servolenkvorrichtung betrieben wird und wie in Abhängigkeit dieser Eingangsgrößen der Übergang in die gewählte Leistungsstufe vorgenommen wird (Sprung und/oder Rampe, Steigung bzw. zeitlicher Verlauf der Rampe, etc.).

Claims

Hydraulische Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Pumpe, mit einem Pumpenantriebsmotor, der wahlweise in einer definierten hohen Leistungsstufe (C), einer definierten niedrigen Leistungsstufe (B) und einer definierten zusätzlichen Leistungsstufe (A) betrieben wird, wobei die Drehzahl n des Motors in der zusätzlichen Leistungsstufe (A) gegenüber der niedrigen Leistungsstufe (B) verringert ist, und mit einer Steuerung, die einen Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in die niedrige Leistungsstufe (B) vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung den Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in die niedrige Leistungsstufe (B) wenigstens teilweise durch allmähliches Ändern der Drehzahl n des Motors oder durch einen Sprung der Drehzahl n des Motors vornimmt.
Hydraulische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n des Motors in der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in einem Bereich von etwa 500 bis 1500 rpm liegt.
Hydraulische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n des Motors in der zusätzlichen Leistungsstufe (A) Null ist.
Hydraulische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n des Motors in der hohen Leistungsstufe (C) bis etwa 6000 rpm beträgt und in der niedrigen Leistungsstufe (B) in einem Bereich von etwa 1500 bis 3000 rpm liegt.
Hydraulische Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine programmierte Steuereinheit, die anhand festgelegter Kriterien eine der Leistungsstufen (A, B, C) auswählt und den Verlauf der Änderung der Drehzahl n des Motors bestimmt, mit der ein Übergang in die ausgewählte Leistungsstufe erfolgt.
Hydraulische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit so ausgelegt ist, daß die Kriterien wenigstens auf der aktuellen Lenkwinkelgeschwindigkeit basieren.
Hydraulische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit so ausgelegt ist, daß sie vor der allmählichen Änderung der Drehzahl n des Motors einen Sprung auf eine Mindestdrehzahl initiiert.
Verfahren zur Steuerung des Pumpenantriebsmotors einer hydraulischen Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in die niedrige Leistungsstufe (B) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A) in die niedrige Leistungsstufe (B) wenigstens teilweise durch allmähliches Ändern der Drehzahl n des Motors oder durch einen Sprung der Drehzahl n des Motors erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A), in der der Motor eine Drehzahl n größer Null hat, sprungfrei ausschließlich durch allmähliches Ändern der Drehzahl n des Motors erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechsel aus der zusätzlichen Leistungsstufe (A), in der der Motor eine Drehzahl n gleich Null hat, durch einen Sprung auf eine Mindestdrehzahl und anschließendes allmähliches Ändern der Drehzahl n des Motors erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl einer der Leistungsstufen (A, B, C) und der Verlauf der Änderung der Drehzahl n des Motors, mit der ein Übergang in die ausgewählte Leistungsstufe erfolgt, anhand festgelegter Kriterien ausgewählt bzw. bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Leistungsstufen (A, B, C) und der Verlauf der Änderung der Drehzahl n des Motors bei einem Wechsel der Leistungsstufe wenigstens von der Lenkwinkelgeschwindigkeit abhängen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor in der zusätzlichen Leistungsstufe (A) bei Stillstand und/oder Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs betrieben wird.