DE19940026A1 - Servolenkung - Google Patents

Abstract

Ein Servolenksystem für ein Fahrzeug weist eine hydraulische Rückwirkungseinrichtung (11) auf, mit der eine Reaktionskraft an der Lenksäule des Fahrzeuges erzeugt wird, die abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.Erfindungsgemäß ist an der Verbindungsleitung (13) zur Rückwirkungseinrichtung (11) ein Speicher (14) vorgesehen, der als Tiefpaßfilter wirkt und Druckschwankungen, die auf Fahrbahnunebenheiten zurückgehen, von der Rückwirkungseinrichtung abkoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Servolenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 41 12 735 C2 ist ein Servolenksystem mit einer Rückwirkungseinrich­ tung bekannt, die in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Lenkre­ aktion erzeugt, die vom Fahrer des Fahrzeuges als Lenkwiderstand gefühlt werden kann. In der Verbindungsleitung dieser Rückwirkungseinrichtung ist eine Drossel vorgesehen, mit der die Charakteristik der Servounterstützung eingestellt werden kann.

Bei Fahrzeugen der aktuellen 5er- und 7er-Reihe der Anmelderin wird als Sonder­ ausstattung ein als "Servotronic" bezeichnetes Servolenksystem eingesetzt. Wäh­ rend sich bei dem aus der DE 41 12 735 C2 bekannten Servolenksystem die Rück­ wirkung durch das Maß der Servounterstützung ergibt, ist bei den Fahrzeugen der Anmelderin eine separate Rückwirkungseinrichtung vorgesehen, bei der über einen Druckabfall an einer Reihenschaltung von hydraulischen Widerständen eine Rück­ wirkkraft auf die Lenkspindel aufgebracht wird.

Bei dem bekannten Lenksystem werden hochfrequente Druckstöße, die einen nur geringen Volumenstrom erzeugen, durch den hydraulischen Widerstand prinzipiell nicht beeinflußt. Demzufolge werden hochfrequente Druckschwankungen, wie sie insbesondere beim Befahren unebener Straßen auftreten, weitgehend ungefiltert in die Rückwirkungseinrichtung geleitet und rufen sowohl über den Arbeitszylinder der Servolenkung als auch über die hydraulische Rückwirkungseinrichtung Lenkmo­ mentenstöße hervor. Insbesondere bei Zahnstangenlenkungen mit ihren ver­ gleichsweise geringen Massenträgheiten führen Fahrbahnanregungen zu einer "Stößigkeit" der Lenkung.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Servolenksystem zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, indem das Schwingverhalten der Flüssigkeitssäule in der Verbindungsleitung der Rückwir­ kungseinrichtung in Abhängigkeit von der Frequenz der Schwingungen beeinflußt wird.

Hierzu ist gemäß Anspruch 2 bevorzugt ein hydraulischer Tiefpaßfilter vorgesehen, der oberhalb der Frequenz üblicherweise eingeleiteter Lenkbewegungen wirksam ist (Anspruch 6).

Der Filter weist gemäß Anspruch 3 eine hydraulische Kapazität auf, die beispiels­ weise von einem Kolben-, Blasen- oder Membranspeicher gebildet wird. Ferner ist es denkbar, daß die hydraulische Kapazität durch besonders elastische Wandun­ gen der ölführenden Räume innerhalb des Lenksystems realisiert wird. Eine derar­ tige Anordnung ist beispielsweise durch eine Schlauchverbindung gegeben. Die hydraulische Kapazität kann mit einem hydraulischen Widerstand (Blende oder Drossel) in Reihenschaltung kombiniert werden (Anspruch 4). Anspruch 5 be­ schreibt eine bevorzugte Anordnung von hydraulischer Kapazität und ggf. hydrauli­ schem Widerstand.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das eingangs beschriebene, bei Fahrzeugen der Anmelderin einge­ setzte Servolenksystem und

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Servolenksystem.

Die schematische Darstellung der Fig. 1 zeigt ein Servolenksystem für ein Kraft­ fahrzeug, bei dem die Lenkbewegung werden durch einen hydraulischen Arbeitszy­ linder 1 unterstützt wird. Eine Lenkhilfskraftpumpe zur Druckbeaufschlagung mit Hydrauliköl ist mit 2 bezeichnet. Das Hydrauliköl wird aus einem Vorratsbehälter 3 entnommen und wieder in diesen zurückgeführt. Lenkbewegungen an einer nicht dargestellten Lenksäule werden über ein Lenkventil 4 in das Servolenksystem ein­ geleitet. Das Lenkventil 4 ist über eine Verbindungsleitung 13, in der sich ein als Magnetventil ausgebildeter Wandler 5 sowie hydraulische Widerstände 6 und 7 be­ finden, mit einer Rückwirkungseinrichtung 11 verbunden. Die hydraulischen Wider­ stände 6 und 7 erzeugen bei Lenkbewegungen variable Druckdifferenzen, mit denen ein Rückwirkkolben 12 in der Rückwirkeinrichtung 11 beaufschlagt wird. Der Wandler 5 bewirkt eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Ansteuerung der Rückwirkungseinrichtung 11, so daß eine geschwindigkeitsabhängige Lenk­ momentenrückwirkung auf die Lenksäule erfolgt. Ein Rückschlagventil 8 zur Druckseite der Lenkhilfskraftpumpe 2 minimiert Schwingungen im Servolenksystem. Die Rückschlagventile 9 und 10 bewirken in Abhängigkeit von der Bewegungsrich­ tung des Arbeitszylinders 1 und zusammen mit dem Wandler 5 sowie den hydrauli­ schen Widerständen 6 und 7 die gewünschte Ansteuerung der Rückwirkungsein­ richtung 11.

Niederfrequente Druckschwankungen oder stationäre Druckverhältnisse, die von bewußt eingeleiteten Lenkbewegungen des Fahrers herrühren, erzeugen eine ge­ wünschte Lenkmomentenrückwirkung. Druckschwankungen höherer Frequenz, die beispielsweise auf Fahrbahnunebenheiten zurückgehen, können durch die hydrauli­ schen Widerstände 6 und 7 nur geringfügig beeinflußt werden, da diese höherfre­ quenten Druckschwankungen einen nur sehr geringen Volumenstrom hervorrufen. Demzufolge werden die höherfrequenten Druckschwankungen weitgehend ungefil­ tert an die Rückwirkeinrichtung 11 weitergeleitet und rufen am Rückwirkkolben 12 Druckdifferenzen hervor, die in Lenkmomentenstößen am Lenkgetriebeeingang und damit an der Lenksäule resultieren.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist erfindungsgemäß an der Verbindungsleitung 13 zwi­ schen dem Lenkventil 4 und der Rückwirkungseinrichtung 11 ein hydraulischer Speicher 14 vorgesehen, der als hydraulische Kapazität wirkt. Der Speicher 14 be­ einflußt die durch Lenkbewegungen hervorgerufenen niederfrequenten Druck­ schwankungen oder die stationären Druckverhältnisse und damit das Lenkverhalten des Fahrzeuges nicht. Hingegen werden durch den Speicher 14 störende hö­ herfrequente Druckschwankungen von der Rückwirkungseinrichtung 11 abgekop­ pelt. Dies wird durch eine entsprechende Abstimmung des Speichers 14 auf das Servolenksystem, insbesondere die hydraulischen Widerstände 6 und 7 erreicht, bei der höherfrequente Druckschwankungen aufgrund der glättenden Wirkung des Speichers 14 mit einem reduzierten Druckgradienten an den Widerständen 6 und 7 anstehen und dort einen entsprechend geringeren Druckabfall und damit auch ge­ ringeren Durchfluß erzeugen.

Durch die beschriebene "Tiefpaßwirkung" des Speichers 14 werden fahrbahnbe­ dingte Stöße, die zusätzlich zur direkten mechanischen Einleitung über das Lenk­ gestänge auf einen hydraulischen Wirkpfad in das Lenksystem eingeleitet werden, gezielt herausgefiltert. Damit wird der hydraulische Pfad der Schwingungseinleitung gezielt bedämpft. Durch die Verhinderung bzw. deutliche Reduzierung der Schwin­ gungseinleitung wird der Lenkkomfort verbessert. Bekannte Maßnahmen zur Redu­ zierung der Stöße, beispielsweise durch Rückschlagventile 8 in der Druckleitung zwischen Lenkhilfskraftpumpe 2 und Lenkventil 4 oder einen mechanischen Len­ kungsdämpfer sind in dieser Hinsicht wenig wirksam, da auf diesem Weg eine hy­ draulische Rückkopplung über die Rückwirkungseinrichtung 11 nicht unterbunden werden kann.

Die Grenzfrequenz, ab der der Tiefpaßfilter wirkt, liegt bevorzugt unterhalb der Fre­ quenz der Achseigenschwingung, die bei Personenkraftwagen ca. 12 bis 20 Hz beträgt. Bei anderen Fahrzeugtypen kann auch eine Achseigenfrequenz bis in den Bereich von 5 Hz auftreten. Andererseits darf der Tiefpaßfilter Druckschwankungen, die auf bewußte Lenkbewegungen zurückgehen und eine Frequenz von bis zu etwa 2 Hz erreichen, nicht beeinträchtigen.

Der Speicher 14 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 2 in einer Sackleitung zwischen Wandler 5 und den hydraulischen Widerständen 6 und 7 angeordnet und demzufolge bevorzugt als Membran- oder Blasenspeicher aus­ gebildet. Je nach Ausgestaltung des Servolenksystems ist es jedoch auch möglich, den Speicher 14 als einen mit elastischen Wandungen versehenen Dehnschlauch unmittelbar in die Verbindungsleitung 13 zwischen Wandler 5 und den hydrauli­ schen Widerständen 6 und 7 zu integrieren und den Speicher 14 damit als Durch­ flußspeicher auszubilden.

Die Anordnung des Speichers 14 (und des hydraulischen Widerstands 15) strom­ abwärts des Wandlers 5 zeichnet sich gegenüber anderen möglichen Anordnungen durch ihre besonders große Wirksamkeit aus.

Wie in Fig. 2 des weiteren dargestellt, kann zusätzlich zum Speicher 14 ein hy­ draulischer Widerstand 15 in Reihe geschaltet werden, mit dessen Hilfe eine wei­ tere Abstimmung des Tiefpaßfilters möglich ist. Hierbei werden in erster Linie der Dämpfungsgrad und der Gradient des Druckaufbaus beeinflußt, während die Be­ messung der Grenzfrequenz durch Auslegung des Speichers 14 selbst erfolgt.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Zahnstangenlenkungen, bei denen fahrbahnindizierte Stöße aufgrund der geringeren Masseträgheiten der ein­ zelnen Komponenten der Lenkung in nur ungenügendem Maße bedämpft werden. Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch bei allen Arten von Lenksystemen, beispielsweise bei Kugelumlauflenkungen, eingesetzt werden. Die zusätzlichen Kosten für einen Speicher 14 und gegebenenfalls einen weiteren hydraulischen Widerstand 15 sind vergleichsweise gering, da es sich bei den genannten Kompo­ nenten um Standardbauteile handelt.

Claims (6)

1. Servolenksystem für ein Fahrzeug, mit einer hydraulischen Rückwirkungsein­ richtung zur Erzeugung einer Lenkreaktion an der Lenksäule des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsleitung (13) zur Rückwir­ kungseinrichtung (11) Mittel (14, 15) zur Beeinflussung der Flüssigkeitssäule in der Verbindungsleitung (13) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Frequenz einer Schwingung der Flüssigkeitssäule wirken.

2. Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (14, 15) als hydraulischer Tiefpaßfilter ausgebildet sind.

3. Servolenksystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine hydraulische Kapazität (14) auf­ weisen.

4. Servolenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen hydraulischen Widerstand (15) aufweisen.

5. Servolenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (14, 15) zwischen einem Wandler (5), der die Durchflußmenge in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahr­ zeugs steuert, und der Rückwirkungseinrichtung (11) angeordnet sind.

6. Servolenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters oberhalb der Frequenz von durch einen Fahrer des Fahrzeuges eingeleiteten Lenkbe­ wegungen liegt.