-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Derartige
Servolenkungen sind aus der Praxis bekannt. Bei diesen herkömmlichen
Servolenkungen ist das am Lenkrad des Kraftfahrzeugs spürbare Rückstellmoment,
das die Handkraft bestimmt, allein von den auf die Vorderräder einwirkenden
Lenkkräften,
von der Steifigkeit des Drehstabs in dem mechanischen Proportionalventil
und von dem Druck und der Förderleistung
der Hydraulikpumpe abhängig. Andere
Einflüsse
wie z. B. die Viskosität
der Hydraulikflüssigkeit
sind demgegenüber
gering. Bei diesen Servolenkungen muss ein Kompromiss zwischen zwei
sich widerstrebenden Wünschen
des Fahrers gefunden werden, nämlich
zum einen möglichst
geringen Lenkkräften
beim Einparken und zum anderen einer möglichst direkten Lenkung bei
schneller Geradeausfahrt. Diese Anforderungsprofile entfernen sich um
so weiter voneinander, je schwerer und schneller das Kraftfahrzeug
ist.
-
Ein
besonderes Problem tritt dadurch auf, dass die Hydraulikpumpe bei
Kraftfahrzeugen mit komplexer technischer Ausstattung nicht allein
die Versorgung der Servolenkung übernimmt,
sondern auch hydraulische Nebenaggregate wie beispielsweise eine
Fahrwerksregelung, eine Niveauregelung oder hydraulische Bremskraftverstärkung. Deshalb werden
zunehmend Hydraulikpumpen mit einer großen Förderkapazität eingesetzt. Gerade bei solchen Hochleistungshydraulikpumpen
ist die Vermittlung eines direkten Fahrbahnkontakts durch die Servolenkung
bei Geradeausfahrt mit höherer
Geschwindigkeit nur sehr eingeschränkt möglich.
-
Zur
Lösung
dieses Problems sind sogenannte Parameterlenkungen bekannt, beispielsweise
aus der
DE 19616439 .
Diese Parameterlenkungen sind jedoch in der Herstellung sehr komplex.
Im übrigen ist
eine nachträgliche
Parametrisierung einer konventionellen Servolenkung nach dieser
technischen Lehre nicht möglich.
Die bekannten variablen oder parametrisierbaren Servolenkungen sind
eigenständige
Konstruktionen.
-
Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine konventionelle
Servolenkung derart auszustatten, dass eine Steuerung oder Regelung der
Servounterstützung
in Abhängigkeit
von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs wie beispielsweise der
Geschwindigkeit oder des Lenkwinkels möglich ist.
-
Diese
Aufgabe wird von einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
-
Weil
zwischen der Hydraulikpumpe und den Arbeitsräumen der Servolenkung, genauer
gesagt zwischen der Hydraulikpumpe und dem mechanischen Drehschieberventil,
ein elektrisch ansteuerbares Proportionalventil vorgesehen ist,
welches eingangsseitig mit der Druckseite der Hydraulikpumpe verbunden
ist und ausgangsseitig einerseits mit den Arbeitsräumen der
Servolen kung und andererseits mit dem Rücklauf der Servolenkung verbunden
ist, kann in Abhängigkeit
von der Stellung des Proportionalventils ein Teil des Förderstroms
unmittelbar in den Rücklauf
geleitet werden, so dass dieser nicht zur Servounterstützung zur
Verfügung
steht. Bei Hydraulikpumpen großer
Kapazität
entspricht dies einer Absenkung der Servounterstützung und damit einer Erhöhung der
Handkraft am Lenkrad.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
weisen die Merkmale der abhängigen
Patentansprüche
auf.
-
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
-
1: einen Hydraulikschaltplan
einer hydraulischen Zahnstangenservolenkung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Die 1 zeigt schematisch den hydraulischen
Schaltplan einer erfindungsgemäßen Servolenkung
am Beispiel einer Zahnstangenlenkung.
-
Ein
hydraulischer Servomotor 1, der in herkömmlicher Weise als eine mit
einer Zahnstange 2 gekoppelte Kolben-Zylinder-Einheit aufgebaut
ist, wird über
eine erste Hydraulikleitung 3 und eine zweite Hydraulikleitung 4 gespeist.
Die Hydraulikleitungen 3 und 4 werden über ein
Drehschiebeventil 5 gespeist, das in Wirkverbindung mit
einem Lenkrad 6 des Kraftfahrzeugs steht. Das Drehschieberventil 5 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
von der Bauart eines Ventils mit offener Mittel.
-
Druckseitig
wird die Servolenkung aus einem Vorratsbehälter 10 über eine
Saugleitung 11 und eine Hydraulikpumpe 12 mit
unter Druck stehendem Hydraulikfluid versorgt. Eine Druckleitung 13 geht
von der Druckseite der Hydraulikpumpe 12 zu einem elektrisch
angesteuerten Proportionalventil 14 und von dort zu dem
Drehschieberventil 5. Die Niederdruckseite des Drehschieberventils 5 wird über eine erste
Rücklaufleitung 16 in
den Vor ratsbehälter 10 zurückgeführt. Eine
zweite Rücklaufleitung 17 ist
an dem Proportionalventil 14 angeschlossen und führt ebenfalls
in den Vorratsbehälter 10.
-
Von
der Druckleitung 13 zweigt bei diesem Ausführungsbeispiel
eine weitere Druckleitung 18 ab, die zu einem nicht mit
dem Lenksystem in Verbindung stehenden Verbraucher führen kann.
Diese Druckleitung kann beispielsweise zur hydraulischen Versorgung
eines Bremskraftverstärkers,
einer Niveauregulierung oder einer aktiven Fahrwerksregelung genutzt
werden.
-
Das
Proportionalventil 14 weist ein hydraulisches Stellglied 20 und
einen elektrischen Aktuator 21 auf, der über eine
Steuerleitung 22 von einer Steuerung 23 angesteuert
wird. Die Steuerung 22 ihrerseits erhält Eingangssignale 24, 25,
die beispielsweise die gefahrene Geschwindigkeit V oder den Lenkwinkel φ repräsentieren.
-
Im
Betrieb arbeitet die insoweit beschriebene Servolenkung wie folgt:
Die
Hydraulikpumpe 12 wird von der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs
angetrieben. Die Hydraulikpumpe 12 ist dabei so ausgelegt,
dass sie über
die Druckleitung 13 sowohl das Lenksystem in Gestalt der
Servolenkung 1 als auch hydraulische Nebensysteme über die
abzweigende Druckleitung 18 antreiben kann. Beispielsweise
ist die Hydraulikpumpe 12 von einer Bauart, die im Normalbetrieb
einen Förderstrom
von über
10 l/min erzeugen kann.
-
Der
von der Hydraulikpumpe 12 erzeugte Hydraulikstrom geht über die
Druckleitung 13 und das Proportionalventil 5,
das ein Drehschieberventil mit offener Mitte ist. In der Mittenstellung
des Drehschieberventils 5 sind die Zuleitungen 3 und 4 und damit
die beiden Arbeitsleitungen des Antriebs 1 mit gleichem
Druck beaufschlagt. Es fließt
kein Volumenstrom durch die Zuleitungen 3 und 4.
Der gesamte Hydraulikstrom, der durch die Druckleitung 13 und das
Proportionalventil 14 fließt, geht über den Rücklauf 16 in den Vorratsbehälter 10 zurück. Insoweit
arbeitet die beschriebene Lenkung konventionell.
-
Eine
Drehung des Lenkrades 6 durch einen Benutzer um einen Drehwinkel φ bringt
das Drehschieberventil 5 aus der Neutralstellung, so dass
ein Druckunterschied zwischen den Zuleitungen 3 und 4 aufgebaut
wird. Beispielsweise kann der Druck in der Zuleitung 3 erhöht werden.
Der in 1 linke Arbeitsraum
der Servolenkung 1 würde
dann mit einem Druck beaufschlagt, so dass sich die Zahnstange 2 in der 1 nach rechts bewegt. Der
Fahrer des Kraftfahrzeugs spürt
an dem Lenkrad 6 ein sogenanntes Handmoment, welches Rückstellkräfte der
Lenkung repräsentiert.
Je größer die
Servounterstützung durch
den Druckaufbau in der Servolenkung 1, desto geringer ist
das Handmoment am Lenkrad 6.
-
Wenn über die
abzweigende Leitung 18 kein Hydraulikstrom aus der Hydraulikpumpe 12 entnommen
wird, steht der volle Hydraulikstrom für die Servolenkung zur Verfügung. Die
Servounterstützung
in der Servolenkung 1 ist dann relativ groß. Dies
bedeutet, dass das am Lenkrad 6 gefühlte Handmoment gering ist.
Der Fahrer interpretiert dies als einen subjektiv geringen Fahrbahnkontakt.
Die Lenkung wirkt dadurch leichtgängig und bei schneller Geradeausfahrt "nervös".
-
Um
diesen Effekt bei einer besonders leistungsfähigen Hydraulikpumpe 12 und
fehlender Abnahme von Hydraulikstrom durch Nebenaggregate zu verringern,
ist das Proportionalventil 14 – vorgesehen. Die elektrische
Steuerung 23 wertet die Eingangssignale 24 und 25 nach
Geschwindigkeit und Lenkwinkel aus und kann dabei den oben beschriebenen
Fahrzustand der schnellen Geradeausfahrt erkennen. Die Steuerung 23 steuert
dann über
die Signalleitung 23 den elektrischen Aktuator 21 des
Proportionalventils 14 so an, dass das hydraulische Stellglied
einen Teil des zur Verfügung
stehenden Hydraulikstroms aus der Druckleitung 13 über die
Rückleitung 17 unmittelbar
in den Vorratsbehälter 10 ableitet.
Dieser abgezweigte Teilstrom steht dann für die Servounterstützung nicht
zur Verfügung.
Die Servolenkung 1 erfährt
in ihrem mit Druck beaufschlagten Arbeitsraum einen geringeren Druckaufbau,
so dass die Servounterstützung
reduziert wird. Die Lenkung erzeugt deshalb am Lenkrad 6 ein
größeres Rückstellmoment.
Die Lenkung wird vom Fahrer als "straffer" empfunden.
-
Andererseits
kann sich das Kraftfahrzeug in einem Zustand befinden, der eine
hohe Servounterstützung
wünschenswert
macht. Dies ist beispielsweise beim Einparken des Kraftfahrzeugs
der Fall. In dieser Situation liegt am Eingangssignal 24 ein
geringes Geschwindigkeitssignal an, während das Lenkwinkelsignal
am Eingang 25 groß ist.
Die Steuerung 23 interpretiert diese Kombination von Eingangssignalen
dahingehend, dass eine große
Servounterstützung
erforderlich wird, um das Einparken zu erleichtern. Über die
Signalleitung 22 wird der Aktuator 21 so angesteuert,
dass der volle Volumenstrom aus der Druckleitung 13 (bis
auf eventuellen Verbrauch durch Nebenaggregate durch den Abzweig 18)
am Drehschieberventil 5 verfügbar ist. Die Lenkung 6 wirkt dann
beim Einparken für
den Fahrer angenehm leichtgängig,
da ein hoher Druck in den Arbeitsräumen der Servolenkung 1 verfügbar ist
und das Handmoment am Lenkrad 6 entsprechend gering wird.
-
Die
Steuerung 23 kann neben den beiden beschriebenen Extremwerten
auch alle anderen auftretenden Fahrzustände detektieren und bei entsprechender
Programmierung das Proportionalventil derart ansteuern, dass zu
jedem in einem Kennfeld vorgesehenen Fahrzustand die entsprechende
Servounterstützung
geliefert wird. Die Lenkung ist also allein durch Ansteuerung des
Proportionalventils 14 voll parametrisierbar. Diese technische
Möglichkeit zur
Parametrisierung von Kraftfahrzeugservolenkungen ist insbesondere
auch anwendbar bei ansonsten herkömmlichen, nicht mit einer Steuerungsmöglichkeit
für die
Größe der Servounterstützung versehenen
Kraftfahrzeugservolenkungen. Sie ist bei hydraulischen Zahnstangenlenkungen
ebenso wie bei hydraulischen Kugelumlauflenkungen anwendbar.
-
Als
Stellgröße kann
außer
der Geschwindigkeit und dem Lenkwinkel auch z.B. der Druck auf der Druckseite
der Hydraulikpumpe ausgewertet werden.