DE19626540C1 - Hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge.

Hydraulische Servolenkungen sind in heutigen Kraftfahrzeugen allgemein üblich.

Dabei ist, wie beispielsweise aus der DE 37 44 351 A1 entge­ nommen werden kann, ein Lenkhandrad über einen mechanischen Durchtrieb mit lenkbaren Fahrzeugrädern verbunden, wobei im bzw. am Durchtrieb ein Servoventil angeordnet ist, welches in Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahr­ zeugrädern übertragenen Kräften bzw. Momenten gesteuert wird. Dieses Servoventil besitzt einerseits zwei Motoranschlüsse, die mit den beiden Seiten eines reversierbaren Servomotors verbunden, der als doppeltwirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildet ist und mechanisch mit den gelenkten Fahrzeugrä­ dern gekoppelt ist. Außerdem besitzt das Servoventil einen mit der Druckseite einer hydraulischen Servopumpe verbundenen Druckanschluß sowie einen Niederdruckanschluß, der an ein mit dem Sauganschluß der Pumpe verbundenes Hydraulikreservoir an­ schließt. Das Servoventil umfaßt zwei parallele Drossel­ strecken mit jeweils einer Eingangs- und einer Ausgangsdrossel, wobei die Drosseln jeder Drosselstrecke gegensinnig zueinan­ der sowie gegensinnig zu der entsprechenden Drossel der ande­ ren Drosselstrecke gesteuert werden und jeweils zwischen den beiden Drosseln der Drosselstrecken die Motoranschlüsse ab­ zweigen. Falls zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrä­ dern keine Kräfte bzw. Momente wirksam sind, nimmt das Servo­ ventil seine - offene - Mittellage ein, in der einerseits die Eingangsdrossel und andererseits die Ausgangsdrosseln der beiden Drosselstrecken jeweils gleiche Drosselwiderstände aufweisen und dementsprechend an den Motoranschlüssen Druck­ gleichheit besteht. Falls zwischen den gelenkten Fahrzeugrä­ dern und dem Lenkhandrad Kräfte oder Momente wirksam sind, tritt in der einen Drosselstrecke eine Erhöhung des Drossel­ widerstandes der Eingangsdrossel und eine Verminderung des Drosselwiderstandes der Ausgangsdrossel auf, während sich der Drosselwiderstand der Eingangsdrossel in der anderen Drossel­ strecke bei gleichzeitiger Erhöhung des Drosselwiderstandes der Ausgangsdrossel dieser Drosselstrecke vermindert. Damit wird am Servomotor eine mehr oder weniger große hydraulische Druckdifferenz wirksam, die zu einer entsprechenden Servo­ kraft führt und im Ergebnis die am Lenkhandrad aufzubringen­ den Handkräfte vermindert.

Grundsätzlich ist es auch bekannt, die erzeugbaren Servokräf­ te parameterabhängig zu beeinflussen.

In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 37 44 351 A1 be­ kannt, zwischen den Motoranschlüssen eine Drosselstrecke vor­ zusehen, die einerseits durch die Steuerhübe des Servoventi­ les gesteuerte Drosseln und andererseits eine damit hydrau­ lisch in Reihe geschaltete, elektrisch gesteuerte Drossel um­ faßt, die in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit betä­ tigt wird. Auf diese Weise wird parallel zum Servomotor ein steuerbarer Bypasskanal geschaffen, durch den die zwischen den Motoranschlüssen auftretende hydraulische Druckdifferenz zu­ sätzlich beeinflußt werden kann.

Aus der DE 43 23 179 C1 ist es bekannt, den als doppeltwir­ kendes Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildeten Servomotor ei­ ner hydraulischen Servolenkung auch als Lenkungsdämpfer wir­ ken zu lassen, indem an den Motoranschlüssen Dämpferventile angeordnet sind.

Aus der DE 28 28 292 A1 ist eine hydraulische Servolenkung bekannt, bei der das mit dem mechanischen Durchtrieb zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern gekoppelte Servoven­ til die eine Seite des Servomotors mit dem Druckanschluß des Servoventiles und die andere Seite des Servomotors mit dem Niederdruckanschluß des Servoventiles verbindet, sobald der Durchtrieb von Kräften bzw. Momenten beansprucht wird, wobei durch eine am Druckanschluß vorgesehene steuerbare Drossel der Zulauf des hydraulischen Mediums zum Servomotor gesteuert wird. Dadurch soll erreicht werden, daß bei einer stationären Kreisfahrt am Lenkhandrad nur vergleichsweise geringe Hand­ kräfte aufgebracht werden müssen, während bei dynamischen Lenkmanövern mit deutlichen Lenkwinkeländerungen deutlich hö­ here Handkräfte notwendig sind.

Die DE 44 38 929 C1 bezieht sich auf eine hydraulische Lenkaktuatoranordnung für eine Fahrzeuglenkung ohne mechani­ schen Durchtrieb zwischen Lenkhandhabe bzw. Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern, d. h. dieses Lenksystem arbeitet nach dem Konzept "Steer by wire". Der Lenkaktuator ist als doppeltwirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildet, wobei die den beiden Seiten dieses Aggregates zugeordneten Hydrau­ likanschlüsse mit einer Proportionalventilanordnung verbunden sind, die in einer Stellung die beiden Anschlüsse gegeneinan­ der abzusperren gestattet und in ihren übrigen Stellungen je­ weils einen Anschluß mit mehr oder weniger großem Drosselwi­ derstand an eine hydraulische Druckquelle und den anderen An­ schluß an ein Hydraulikreservoir anschließt. Im übrigen ist zwischen den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates noch eine steuerbare und gegebenenfalls vollständig absperr­ bare Drosselstrecke vorgesehen. Auf diese Weise kann das Kol­ ben-Zylinder-Aggregat sowohl hydrostatisch als auch hydrody­ namisch arbeiten, d. h. entweder arbeitet die Lenkaktuatoran­ ordnung als hydrostatisches Organ, wobei sich der Stellhub umkehrbar eindeutig mit dem Zu- und Abfluß des hydraulischen Mediums zum bzw. vom Kolben-Zylinder-Aggregat ändert; oder die Lenkaktuatoranordnung wirkt als hydrodynamisches Organ, welches eine zur Hydraulikströmung analoge Stellkraft er­ zeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine konstruktiv vorteil­ hafte, parameterabhängig steuerbare hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge zu schaffen. Die erfindungsgemäße Lenkung ist versehen mit

• - einer zur Lenkbetätigung mechanisch mit lenkbaren Fahrzeug­ rädern zwangsgekoppelten Handhabe, insbesondere Lenkhand­ rad,
• - einem reversierbaren hydraulischen Servomotor mit zwei Motoranschlüssen,
• - einem Servoventil, welches in Abhängigkeit von zwischen der Handhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften oder Momenten steuerbar ist und zwischen den Motoranschlüssen eine hydraulische Druckdifferenz erzeugt,
• - einem zwischen den beiden Seiten des Servomotors ange­ ordneten steurbaren Bypassventil und
• - einem eingangsseitig mit Sensoren für vorgebbare Parameter verbundenen elektrischen Steuergerät, welches das Bypass­ ventil steuert.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Fahr­ zeuglenkung so auszubilden, daß für die parameterabhängige Veränderung des Betriebsverhaltens keinerlei konstruktive Än­ derungen am Servoventil notwendig werden. Vielmehr stellt das für die parameterabhängige Steuerung vorgesehene Bypassventil mit seiner Steuerung lediglich einen Zubehör der Servolenkung dar, so daß in einer Produktionsanlage ohne weiteres Servo­ lenkungen mit und ohne Bypassventil und dementsprechend mit und ohne parameterabhängige Veränderbarkeit des Betriebsver­ haltens hergestellt werden können.

Vorteilhaft ist, daß die eingangsseitig mit dem Steuergerät des Bypassventiles verbundenen Sensoren auch zur Steuerung an­ derer Fahrzeugfunktionen herangezogen werden können bzw. oh­ nehin vorhanden sind und insofern nur ein vergleichsweise ge­ ringer Gesamtaufwand notwendig wird.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausfüh­ rungsvarianten der Erfindung beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise schaltplanartig schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Servolenkung und

Fig. 2 ein Diagramm, welches die am Servomotor einer er­ findungsgemäßen Servolenkung wirksamen Drücke in Abhängigkeit von der an einem Lenkhandrad wirk­ samen Handkraft für unterschiedliche Einstellungen des Bypassventiles wiedergibt.

Im Beispiel der Fig. 1 sind an einem im übrigen nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug vordere Lenkräder 1 angeordnet, die zu ihrer Lenkverstellung in üblicher Weise über Spurstan­ gen 2 mit einem Kopplungsgestänge gelenkig verbunden sind, welches einerseits eine Zahnstange 3 und andererseits eine damit fest verbundene Kolbenstange 4 eines als Servomotor vorgesehenen doppeltwirkenden Kolben- Zylinder-Aggrega­ tes 5 bildet.

Die Zahnstange 3 kämmt mit einem Ritzel 6, welches über ein beispielsweise als Drehschieberanordnung ausgebildetes Servo­ ventil 7 sowie eine Lenkwelle 8 mit einem vom Fahrer zu betä­ tigenden Lenkhandrad 9 antriebsverbunden ist. Eine Drehver­ stellung des Lenkhandrades 9 führt dementsprechend zu einer Lenkwinkeländerung der Fahrzeuglenkräder 1, und jede Lenkwin­ keländerung der Fahrzeuglenkräder 1 ist mit einer Drehver­ stellung des Lenkhandrades 9 verbunden.

Das Servoventil 7 ist einerseits über Leitungen 10 und 11 mit den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 und ande­ rerseits über Leitungen 12 und 13 mit einem relativ drucklo­ sen Hydraulikreservoir 14 sowie der Druckseite einer saugsei­ tig ebenfalls an das Reservoir 14 angeschlossenen Hydraulik­ pumpe 15 verbunden. In Abhängigkeit von den zwischen Ritzel 6 und Lenkhandrad 9 übertragenen Kräften und Momenten wird das Servoventil 7 gesteuert, derart, daß zwischen den beiden Lei­ tungen 10 und 11 Druckgleichheit oder eine mehr oder weniger große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung vor­ liegen.

Die Besonderheit der Erfindung liegt nun darin, daß zwischen den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 bzw. zwi­ schen den beiden Leitungen 10 und 11 ein parameterabhängig steuerbares Bypassventil 16 angeordnet ist, welches im Prinzip als steuerbares Drosselventil ausgebildet ist, vorzugsweise derart, daß eine Drosselung bis zu einer vollständigen Sper­ rung des Ventiles 16 möglich ist.

Gesteuert wird das Bypassventil 16 von einem vorzugsweise elektronischen Steuergerät 17, welches eingangsseitig mit zu­ mindest einem Sensor 18 zur Erfassung vorgebbarer Parameter verbunden ist. Beispielsweise können die Sensoren 18 die Fahrgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des Hydraulikme­ diums und/oder sonstige Parameter erfassen, die dann zur Steuerung des Bypassventiles 16 herangezogen werden.

Die Fig. 2 zeigt nun - unter Weglassung von Hystere­ se-Effekten - die zwischen den beiden Seiten des Kolben- Zylinder-Aggregates 5 erzeugbare hydraulische Druckdifferenz P-in Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandrad 9 und Ritzel 6 und damit am Servoventil 7 wirksamen Kräften bzw. Momenten M für unterschiedliche Drosselwirkungen des Bypassventiles 16. Dabei zeigt die Kurve K₀ die Verhältnisse bei vollständig ge­ schlossenem Bypassventil 16, während die Kurven K₁, K₂ usw. die Verhältnisse bei zunehmend geöffnetem Bypassventil 16 darstel­ len.

Man erkennt, daß bei geschlossenem Bypassventil 16 gemäß der Kurve K₀ bereits bei relativ geringem Moment M und entspre­ chend geringer, am Lenkhandrad aufzubringender Handkraft eine sehr große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung (je nachdem, ob das Lenkhandrad 9 nach rechts oder links ge­ lenkt wird) auftritt, wobei diese Druckdifferenz D einen ver­ gleichsweise sehr hohen Grenzwert erreichen kann.

Bei zunehmender Öffnung des Bypassventiles 16, d. h. bei zuneh­ mend geringer werdendem Drosselwiderstand dieses Ventiles 16, steigt der Betrag der Druckdifferenz D bei betragsmäßig an­ wachsenden Momenten M zunehmend langsamer an. Außerdem sinkt die erreichbare maximale Druckdifferenz stark ab.

Anhand der Fig. 1 wurde eine Servosteuerung mit reversierba­ rem Servomotor dargestellt, welcher dort als doppelt­ wirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat 5 ausgebildet ist. Abgese­ hen davon, daß auch andere reversierbare Aggregate denkbar sind, beispielsweise reversierbare hydrostatische Hydromoto­ ren, ist die Erfindung auch für einfach wirkende bzw. nicht reversierbare Servomotoren vorteilhaft anwendbar. In diesem Falle steuert das Servoventil 7 lediglich die Druckverhält­ nisse an einem einzigen Motoranschluß, wobei die jeweils tat­ sächlich erreichten bzw. erreichbaren Drücke durch das in diesem Fall zwischen dem Servomotor bzw. dem Motoranschluß und dem Hydraulikreservoir 14 anbringbare Bypassventil 16 mo­ duliert wird.

Gegebenenfalls können bei der Ausführungsform der Fig. 1 an den motorseitigen oder ventilseitigen Anschlüssen der Leitun­ gen 10 und 11 bzw. in diesen Leitungen Dämpferventile 19 an­ geordnet sein, so daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 auch die Wirkung eines Lenkungsdämpfers auszuüben vermag. In diesem Zusammenhang bietet das Bypassventil 16 den zusätzlichen Vor­ teil, daß eine Veränderung der Einstellung des Bypassventiles 16 auch die Dämpfungswirkung verändert, d. h. bei entsprechen­ der Steuerung kann das Bypassventil 16 eine Doppelfunktion übernehmen, indem es einerseits die Servolenkung bzw. -steuerung mehr oder weniger leichtgängig bzw. schwergängig betätigbar macht und andererseits die Dämpfung steuert, je­ weils in Abhängigkeit von vorgebbaren Parametern.

Claims (3)

1. Hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit

• - einer zur Lenkbetätigung mechanisch mit lenkbaren Fahrzeug­ rädern (1) zwangsgekoppelten Handhabe, insbesondere Lenk­ handrad (9),
• - einem reversierbaren hydraulischen Servomotor (5) mit zwei Motoranschlüssen,
• - einem Servoventil (7), welches in Abhängigkeit von zwischen der Handhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften oder Momenten steuerbar ist und zwischen den Motoranschlüssen des Servomotor eine hydraulische Druck­ differenz erzeugt,
• - einem zwischen den beiden Seiten des Servomotors angeordne­ ten steuerbaren Bypassventil (16) und
• - einem eingangsseitig mit Sensoren (18) für vorgebbare Para­ meter verbundenen elektrischen Steuergerät (17) welches das Bypassventil steuert.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (16) in Abhängigkeit von der Fahrge­ schwindigkeit steuerbar ist.

3. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Anschlüssen (10, 11) des Servomotor (5) Dämpferventile (19) angeordnet sind.