DE19824914C2 - Power steering - Google Patents
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- B62D6/001—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits the torque NOT being among the input parameters
Description
Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer zur Lenkverstellung mit lenkbaren Fahrzeugrädern über eine Lenkgetriebeanordnung zwangsgekoppelten Lenkhand habe, insbesondere Lenkhandrad, sowie einem mit dem Lenkge triebe antriebsmäßig gekoppelten Servoaggregat, welches in Abhängigkeit von zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften sowie weiteren Parame tern zur Erzeugung einer Servokraft betätigbar ist, die an der Lenkhandhabe bei Lenkmanövern aufzubringende Handkräfte vermindert.The invention relates to a power steering system for motor vehicles, with one for steering adjustment with steerable vehicle wheels via a steering gear arrangement positively coupled steering hand have, especially steering handwheel, and one with the steering drives coupled servo unit, which in Dependence on between the steering handle and the steerable Vehicle wheels transmitted forces and other parameters tern is operable to generate a servo force on the steering handle manual forces to be applied during steering maneuvers reduced.
Derartige Servolenkungen sind heute bei praktisch allen Kraftfahrzeugen Standard.Such power steering systems are common to almost everyone today Motor vehicles standard.
Bei üblichen hydraulischen Servolenkungen wird in Abhängig keit von den zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern wirksamen Lenkkräften eine mehr oder weniger große Relativverstellung zwischen zwei Lenkgetriebeteilen bewirkt, die miteinander mit begrenzter Relativbeweglich keit, federnd verbunden sind. Die von den Lenkkräften abhän gige Relativbewegung der vorgenannten Lenkgetriebeteile steuert ein Servoventil, über das ein hydraulischer Servomo tor, in der Regel ein doppeltwirkendes Kolben-Zylinder- Aggregat, mit einer mehr oder weniger großen Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung beaufschlagt werden kann.With conventional hydraulic power steering systems, depending between the steering handle and the steerable Vehicle wheels effective steering forces a more or less large relative adjustment between two steering gear parts causes that are relatively movable with each other with limited speed, resiliently connected. Which depend on the steering forces current relative movement of the aforementioned steering gear parts controls a servo valve via which a hydraulic servo gate, usually a double-acting piston-cylinder Unit with a more or less large pressure difference can be applied in one direction or the other.
Außerdem sind elektrische Servolenkungen bekannt. Dort wer den mittels entsprechender Sensoren die zwischen der Lenk handhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern wirksamen Lenk kräfte erfaßt und der Eingangsseite einer elektronischen Steuereinheit zugeführt, welche ausgangsseitig einen elek trischen Servomotor steuert.Electric power steering systems are also known. There who the by means of appropriate sensors between the steering handle and the steerable vehicle wheels effective steering forces detected and the input side of an electronic Control unit fed, which on the output side an elek trical servo motor controls.
Aus der EP 0 150 589 A1 ist eine elektronisch geregelte elektrische Servolenkung bekannt, deren Sensorik einerseits die vom Fahrer an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handkräfte und andererseits die vom elektrischen Servomotor erzeugten Servokräfte erfaßt. Dabei werden die Sollwerte für die Ser vokräfte so vorgegeben, daß die vom Fahrer aufzubringenden Handkräfte weitestgehend unabhängig vom Straßenzustand blei ben.EP 0 150 589 A1 describes an electronically controlled one Electric power steering known, the sensors on the one hand the manual forces applied by the driver to the steering handle and on the other hand those generated by the electric servo motor Servo forces recorded. The setpoints for the Ser forces so specified that those to be applied by the driver Hand forces remain largely independent of road conditions ben.
In der US 5 541 841 wird eine weitere elektronisch geregelte Servolenkung beschrieben. Nach dieser Druckschrift ist vor gesehen, die jeweils erzeugten Servokräfte oberhalb eines Schwellwertes der Fahrgeschwindigkeit zu vermindern, so daß die Lenkung bei höherer Geschwindigkeit des Fahrzeuges ver gleichsweise schwergängig wird. Durch entsprechende Sensorik kann das Lenksystem Fahrzustände, die einer stationären Kreisfahrt nahekommen, erkennen. Sollte nun ein solcher Zu stand, etwa aufgrund einer langgezogenen Autobahnkurve, bei höherer Fahrgeschwindigkeit auftreten, wird die an sich für hohe Fahrgeschwindigkeit vorgesehene Verminderung der Servo kräfte teilweise rückgängig gemacht, so daß die Lenkung leichtgängiger und die notwendige Handkraft bei stationärer Kreisfahrt trotz der höheren Geschwindigkeit relativ gering wird.In US 5 541 841 another electronically controlled Power steering described. According to this document is before seen, the servo forces generated above a To decrease the threshold value of the driving speed so that the steering at higher vehicle speeds equally stiff. With appropriate sensors can the steering system driving conditions that of a stationary Approach the circular drive, recognize. Should such a Zu was due, for example due to a long motorway curve higher driving speed occur, which is in itself for high driving speed provided reduction in servo forces partially reversed so that the steering smoother and the necessary manual force for stationary Circular drive relatively low despite the higher speed becomes.
Die DE 42 32 256 A1 betrifft ein Lenksystem, welches einen automatischen Lenkeingriff zum Ausgleich von Störkräften ausführen kann, die auf das Fahrzeug einwirken. Dazu ist vorgesehen, daß im Lenksystem Kräfte automatisch erzeugt werden, die eine Lenkverstellung, bei der die Giergeschwin digkeit und Querbeschleunigung des Fahrzeuges vermindert wird, erleichtern.DE 42 32 256 A1 relates to a steering system, which one automatic steering intervention to compensate for disturbing forces can perform that act on the vehicle. Is to provided that forces are automatically generated in the steering system be the one steering adjustment at which the yaw rate reduced and lateral acceleration of the vehicle will facilitate.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einer Servolenkung mit Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahr zeugrädern einen deutlich erhöhten Komfort zu ermöglichen.The object of the invention is now, with a power steering Forced coupling between the steering handle and steered driving tool wheels to allow a significantly increased comfort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Lang zeit-Lenkmomente, welche durch eine annähernd stationäre Querbeschleunigung des Fahrzeuges und/oder Seitenwind und/oder Seitwärtsneigung (Wanklage) des Fahrzeuges bewirkt werden und bei denen der Fahrer die Lenkhandhabe gegen Rück stellkraft in einer weitestgehend gleichbleibenden Stellung halten muß, zumindest teilweise vom Servoaggregat derart kompensiert werden, daß diese gleichbleibende Stellung einer Lenkstellung entspricht, die die Lenkung bei freigegebener Lenk handhabe einzunehmen sucht. This object is achieved in that Lang time-steering moments, which are characterized by an approximately stationary Lateral acceleration of the vehicle and / or cross wind and / or sideways tilt (roll position) of the vehicle and where the driver has the steering handle against back force in a largely constant position must hold, at least partially from the servo unit be compensated for that this constant position of a Steering position corresponds to the steering when the steering is released tries to take control.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dem Fah rer die Lenkarbeit in Fahrsituationen mit Langzeit- Lenkmomenten bzw. Langzeit-Störkräften deutlich zu erleich tern, beispielsweise dann, wenn die Fahrbahn auf längerer Strecke eine Seitwärtsneigung aufweist, ein weitestgehend gleichförmiger Seitenwind längere Zeit auftritt oder langge zogene Bögen bzw. Kurven mit gleichbleibendem Radius durch fahren werden, d. h. angenähert der Zustand einer stationären Kreisfahrt vorliegt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anord nung kann bei den vorgenannten Fahrsituationen gegebenen falls vermieden werden, daß der Fahrer die Lenkhandhabe bzw. das Lenkhandrad für eine vergleichsweise lange Zeit gegen vergleichsweise große Rückstellkräfte in einer weitestgehend gleichbleibenden Stellung halten muß.The invention is based on the general idea, the Fah rer the steering work in driving situations with long-term Steering torques or long-term disruptive forces significantly easier tern, for example when the road is longer The route has a sideways slope, as far as possible Uniform cross wind occurs for a long time or long drawn arcs or curves with a constant radius will drive, d. H. approximated the state of a stationary There is a circular drive. Because of the arrangement according to the invention may be given in the aforementioned driving situations if it is to be avoided that the driver uses the steering handle or the steering wheel for a comparatively long time comparatively large restoring forces in a largely must remain in the same position.
Im Ergebnis verhält sich die Lenkung etwa so, als ob die je weils für längere Zeit einzuhaltende Lenkstellung die Aus gangslage wäre, die die Lenkung bei freigegebener Lenkhand habe und fahrendem Fahrzeug einzunehmen sucht.As a result, the steering behaves as if it ever did because the steering position to be maintained for a long time is the off current situation would be that the steering with released steering hand 've tried and to take moving vehicle.
Eventuell erforderliche Lenkkorrekturen erfordern dann ähn liche Handkräfte, wie sie der Fahrer im Falle von Lenkkor rekturen bei normaler Geradeausfahrt gewöhnt ist. Any necessary steering corrections then require similar manual forces, as the driver in the case of Lenkkor corrections during normal straight-ahead driving.
Um die verschiedenen Ursachen von Langzeit-Lenkmomenten un terscheiden zu können, sind verschiedene Sensoren zweckmäßig.To un the various causes of long-term steering torque Different sensors are useful to be able to distinguish.
Der Zustand einer stationären Kreisfahrt kann aus den Dreh zahlen der Fahrzeugräder ermittelt werden. Diese Drehzahlen werden bei Fahrzeugen, deren Bremssysteme mit einer Antibloc kierregelung versehen sind, regelmäßig erfaßt.The state of a stationary round trip can be from the shoot numbers of vehicle wheels are determined. These speeds are used in vehicles whose braking systems are equipped with an antibloc are provided regularly recorded.
Zusätzlich kann gegebenenfalls das Signal eines Lenkwinkel- Sensors ausgewertet werden.In addition, the signal of a steering angle Sensors are evaluated.
Eine eventuelle Seitwärtsneigung des Fahrzeuges sowie eine Querbeschleunigung des Fahrzeuges können durch Registrierung der Bewegungen einer in Fahrzeugquerrichtung beweglichen Trägheitsmasse oder eines Trägheitspendels erfaßt werden, da die träge Masse sowohl bei Kurvenfahrt als auch bei Seit wärtsneigung des Fahrzeuges eine Seitwärtsbewegung auszufüh ren sucht. Wenn nun gleichzeitig über die Raddrehzahlen er mittelt wird, ob eine Kurvenfahrt oder eine zumindest angenä herte Geradeausfahrt vorliegt, läßt sich ermitteln, ob die vorgenannten Bewegungen der Trägheitsmasse allein auf einer Seitwärtsneigung des Fahrzeuges beruhen oder zumindest teil weise durch Kurvenfahrt verursacht wurden.A possible sideways inclination of the vehicle as well as a Lateral acceleration of the vehicle can be done by registration the movements of a movable in the vehicle transverse direction Inertia mass or an inertial pendulum are detected because the inertial mass when cornering as well as sideways to tilt the vehicle sideways ren is looking for. If he now simultaneously over the wheel speeds is averaged whether cornering or at least approx herte straight ahead, it can be determined whether the aforementioned movements of the inertial mass alone on a The vehicle is tilted sideways or at least partially were caused by cornering.
Gegebenenfalls kann das Fahrzeug auch einen Giersensor auf weisen, welcher unabhängig von den die Raddrehzahlen wieder gebenden Signalen Drehungen des Fahrzeuges um seine Hochachse erfaßt. Auch damit läßt sich unterscheiden, ob eine Querbewe gung der Trägheitmasse auf einer Querbeschleunigung oder ei ner Seitwärtsneigung des Fahrzeuges beruht.If necessary, the vehicle can also have a yaw sensor point which regardless of the wheel speeds again giving signals rotations of the vehicle about its vertical axis detected. This also makes it possible to distinguish whether a cross movement the inertia mass on a lateral acceleration or egg ner sideways tilt of the vehicle is based.
Giersensoren und/oder Trägheitspendel od. dgl. sind bei sol chen Fahrzeugen ohnehin vorhanden, die mit elektronischen Stabilisierungssystemen ausgerüstet sind, welche in kriti schen Fahrmanövern durch Abbremsung einzelner Räder das Fahr zeug zu stabilisieren suchen.Yaw sensors and / or inertia pendulums or the like are at sol Chen vehicles available with electronic Stabilization systems are equipped, which in kriti driving maneuvers by braking individual wheels try to stabilize stuff.
Für die Erfindung können also vorteilhafterweise im Fahrzeug aus anderen Gründen bereits vorhandene Sensoren herangezogen werden.For the invention can therefore advantageously in the vehicle existing sensors are used for other reasons become.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird.Otherwise, the Erfin to the claims and the following explanation of the Drawing referred to a particularly preferred Embodiment of the invention is described.
Dabei zeigt die einzige Figur eine stark schematisierte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit erfindungsgemäßer Lenkung, welche schaltplanartig dargestellt ist.The only figure shows a highly schematic Top view of a vehicle with steering according to the invention, which is shown as a circuit diagram.
Ein im übrigen nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug be sitzt in üblicher Weise unlenkbare Hinterräder 1 und lenkbare Vorderräder 2, die durch ein Lenkhandrad 3 gesteuert werden. Dazu ist das Lenkhandrad 3 im dargestellten Beispiel über ei ne Lenkwelle 4 und ein damit drehfest verbundenes Ritzel 5 mit einer Zahnstange 6 antriebsmäßig zwangsgekoppelt, die ih rerseits über Spurstangen 7 mit den Vorderrädern 2 zu deren Lenkverstellung verbunden ist. Wenn das Lenkhandrad 3 nach rechts eingeschlagen wird, wird die Zahnstange 6 in Fahr zeugquerrichtung nach links verschoben, so daß die Vorderrä der 2 entsprechend dem Drehwinkel des Lenkhandrades 3 nach rechts eingeschlagen werden. Entsprechendes gilt für eine Drehung des Lenkhandrades 3 nach links.An otherwise not shown motor vehicle be sitting in the usual manner unsteerable rear wheels 1 and steerable front wheels 2 , which are controlled by a steering wheel 3 . For this purpose, the steering handwheel 3 is in the example shown via egg ne steering shaft 4 and a non-rotatably connected pinion 5 with a rack 6 forcibly coupled, which in turn is connected via tie rods 7 to the front wheels 2 for their steering adjustment. When the steering handwheel 3 is turned to the right, the rack 6 is moved to the left in the tool transverse direction, so that the front wheels 2 are turned to the right in accordance with the angle of rotation of the steering handwheel 3 . The same applies to a rotation of the steering handwheel 3 to the left.
Die Lenkwelle 4 bzw. das Ritzel 5 sind mit einem selbsthem mungsfreien elektrischen Servomotor 8 antriebsmäßig verbun den, welcher von einer elektronischen Steuerschaltung 9 betä tigt wird, mit deren Ausgangsseite der Servomotor 8 elek trisch verbunden ist.The steering shaft 4 and the pinion 5 are verbun with a self-inhibiting electric servo motor 8 which is actuated by an electronic control circuit 9 , with the output side of which the servo motor 8 is electrically connected.
Die Steuerschaltung 9 ist eingangsseitig mit einem Sensor 10 verbunden, welcher die vom Fahrer am Lenkhandrad 3 aufge brachte Handkraft erfaßt, beispielsweise indem der Sensor 10 auf das zwischen Lenkhandrad 3 und Lenkwelle 4 wirksame Drehmoment reagiert.The control circuit 9 is connected on the input side to a sensor 10 which detects the hand force brought up by the driver on the steering handwheel 3 , for example by the sensor 10 reacting to the torque acting between the steering handwheel 3 and the steering shaft 4 .
Außerdem ist die Eingangsseite der Steuerschaltung 9 mit den Fahrzeugrädern 1 und 2 zugeordneten Drehzahlsensoren 11 ver bunden. Durch Auswertung der zwischen kurvenäußeren und kur veninneren Rädern auftretenden Drehzahldifferenzen kann damit die Steuerschaltung 9 den jeweiligen Kurvenradius erfassen (wenn die Räder mit hinreichend geringem Schlupf laufen). In addition, the input side of the control circuit 9 with the vehicle wheels 1 and 2 associated speed sensors 11 is connected ver. By evaluating the speed differences occurring between the wheels on the outside of the curve and those on the inside of the curve, the control circuit 9 can thus detect the respective radius of the curve (if the wheels run with a sufficiently low slip).
Zusätzlich oder alternativ kann die Eingangsseite der Steuer schaltung 9 mit einem Lenkwinkelsensor 12 verbunden sein, welcher den Lenkeinschlag des Lenkhandrades 3 erfaßt.Additionally or alternatively, the input side of the control circuit 9 can be connected to a steering angle sensor 12 which detects the steering angle of the steering wheel 3 .
Des weiteren kann die Eingangsseite der Steuerschaltung 9 mit einem Giersensor 13, durch welchen Drehbewegungen des Fahr zeuges um seine Hochachse erfaßt werden, und/oder einem Quer beschleunigungssensor 14 verbunden sein. Dieser letztere Sen sor weist typischerweise eine in Fahrzeugquerrichtung beweg liche, beispielsweise pendelbare, Trägheitsmasse auf, die bei Kurvenfahrt und/oder Seitwärtsneigung des Fahrzeuges mehr oder weniger weit in der einen oder anderen Richtung aus ih rer Mittellage ausgelenkt wird, in die sie durch Federung bzw. Rückstellkraft gedrängt wird.Furthermore, the input side of the control circuit 9 can be connected to a yaw sensor 13 , by means of which rotational movements of the vehicle are detected about its vertical axis, and / or a transverse acceleration sensor 14 . This latter sensor typically has a movable, for example pendulum, inertia mass in the transverse direction of the vehicle, which is more or less deflected in one or the other direction from its central position when cornering and / or sideways tilting of the vehicle, into which it can be adjusted by suspension or Restoring force is pushed.
Bei Lenkmanövern steuert die Steuerschaltung 9 den elektri schen Servomotor 8 so, daß der Servomotor 8 entsprechend ei ner vorgebbaren Charakteristik eine Servokraft erzeugt, die mit der jeweils am Lenkhandrad 3 aufzubringenden Handkraft ansteigt und den Kraftaufwand des Fahrers bei Lenkmanövern vermindert. Aus den Signalen der Sensoren 11 bis 14 kann die Steuerschaltung 9 unterschiedliche Fahrzustände erkennen, bei denen während einer längeren Zeitspanne größere Lenkmomente bzw. Lenkkräfte überwunden werden müssen.During steering maneuvers, the control circuit 9 controls the electrical servo 8's so that the servo motor 8 generates a servo force corresponding to egg ner predeterminable characteristics, which increases with the hand force to be exerted on the steering handwheel 3 and reduces the effort of the driver during steering maneuvers. The control circuit 9 can recognize different driving states from the signals of the sensors 11 to 14 , in which larger steering torques or steering forces have to be overcome over a longer period of time.
Beispielsweise kann aus den Signalen der Drehzahlsensoren 11 an den Fahrzeugrädern 1 und 2 ermittelt werden, ob das Fahr zeug eine längere Kurve mit gleichbleibendem Kurvenradius durchfährt. In diesem Falle unterscheiden sich die Drehzahlen der rechten und linken Fahrzeugräder um charakteristische Differenzen. Zusätzlich bzw. gegebenenfalls auch alternativ können zur Erfassung einer solchen Kurvenfahrt die Signale des Lenkwinkelsensors 12 und/oder des Giersensors 13 und/oder des Querbeschleunigungssensors 14 herangezogen werden.For example, it can be determined from the signals from the speed sensors 11 on the vehicle wheels 1 and 2 whether the vehicle is driving through a longer curve with a constant curve radius. In this case, the speeds of the right and left vehicle wheels differ by characteristic differences. Additionally or optionally also alternatively, the signals of the steering angle sensor 12 and / or the yaw sensor 13 and / or the lateral acceleration sensor 14 can be used to detect such cornering.
Falls nun ein Zustand einer derartigen nahezu stationären Kreisfahrt festgestellt wird, kann die Steuerschaltung 9 den Servomotor 8 so ansteuern, daß am Lenkhandrad 3 nur noch ein verschwindender Kraftaufwand notwendig wird, um den für die jeweils registrierte stationäre Kreisfahrt charakteristischen Lenkwinkel zu halten. Damit kann dem Fahrer beispielsweise das Durchfahren langgezogener Autobahnkurven erleichtert wer den.If a state of such an almost stationary circular drive is now determined, the control circuit 9 can control the servo motor 8 in such a way that only a negligible amount of force is required on the steering handwheel 3 in order to maintain the steering angle characteristic of the respectively registered stationary circular drive. This can make it easier for the driver, for example, to drive through long motorway curves.
Falls weder die Signale der Raddrehzahlsensoren 11 noch des Giersensors 13 auf eine Drehung des Fahrzeuges um seine Hoch achse hinweisen, die Signale des Sensors 14 jedoch auf eine am Fahrzeug wirksame Querkraft hinweisen, "weiß" die Steuer schaltung 9, daß eine durch Seitenwind und/oder Seitwärtsge fälle der Fahrbahn und/oder durch ungleichförmige Beladung des Fahrzeuges verursachte Seitwärtsneigung des Fahrzeuges vorliegt. Damit kann die Steuerschaltung 9 den Servomotor 8 derart ansteuern, daß durch die vorgenannte Seitwärtsneigung verursachte Lenkmomente zumindest teilweise kompensiert wer den. If neither the signals from the wheel speed sensors 11 nor the yaw sensor 13 indicate a rotation of the vehicle about its vertical axis, but the signals from the sensor 14 indicate a transverse force acting on the vehicle, the control circuit 9 "knows" that a crosswind and / or sideways slopes of the road and / or sideways inclination of the vehicle caused by uneven loading of the vehicle. Thus, the control circuit 9 can control the servo motor 8 in such a way that steering torques caused by the aforementioned lateral inclination are at least partially compensated for who.
Auch hier wird der Fahrer also dabei unterstützt, das Fahr zeug in einer gewünschten Spur zu halten.The driver is also supported here, the driving to keep stuff in a desired track.
Insgesamt wird also vom Fahrer deutlich weniger Lenkarbeit gefordert.Overall, the driver does much less steering work required.
Sollte die Steuerschaltung 9 ein "Gierschleudern" registrie ren, für das zunehmende Pendelbewegungen der Lenkung charak teristisch sind, kann der Servomotor 8 von der Steuerschal tung 9 im Sinne der Dämpfung dieser unerwünschten Bewegungen angesteuert werden, wie es gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung vorgesehen ist.If the control circuit 9 registers a "yawing", for which increasing pendulum movements of the steering are characteristic, the servo motor 8 can be controlled by the control circuit 9 in the sense of damping these undesired movements, as is provided according to a preferred embodiment of the invention is.
Claims (7)
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Also Published As
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