DE2263347A1

DE2263347A1 - Servo-lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2263347A1
Application number: DE2263347A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-12-23
Filing date: 1972-12-23
Publication date: 1974-07-11
Also published as: JPS55262B2; SE399850B; DE2263347C3; GB1435968A; IT1000598B; DE2263347B2; FR2211907A5; US3881567A; JPS4996425A

Description

TELDIX GmbH ??633A7

6900 Heidelberg.
Grenzhb'fer Weg 36

Heidelberg, 18. Dezember 1972 E/Pt-Ka/Ba E-276

Servo-Lenkeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Servo-Lenkeinrichtung, bei der aufgrund einer Lenkradverdrehung Ventile für ein unter Druck stehendes Druckmittel betätigt v/erden, das dann einen mit der Lenkung in Eingriff stehenden Verstellkolben verschiebt.

Stand der Technik

Eine derartige Servo-Lenkeinrichtung ist aus der DAS 1 214· 554 bekannt. Die Ventilsteuerung wird dort mit einer sehr komplizierten mechanischen Steuereinrichtung erzielt.

Da zukünftige Kraftfahrzeuge mit einer Zentralhydraulik versehen sein werden, die für-verschiedene Zwecke zum Einsatz kommt, ist es sinnvoll* auch die Servo-Lenkung unter Verwendung der Hydraulik zu realisieren. Auf einen gesonderten Druckerzeuger wird man bei Einsatz einer Zentralhydraulik verzichten können.

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Aufgabe und Lösung

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daring, die bekannten hydraulischen Servo-Leileinrichtungen so abzuwandeln, daß eine Vereinfachung und Verbilligung zustande kommt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch " angegebenen Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen

Anstelle des Drehmomentenfühlers kann auch ein Drehwinkelfühler verwendet werden. Bei der erfindungsgemäßen Servolenkung kommt also eine Vermischung von elektronischen und hydraulischen Mitteln zum Einsatz. Neben den erwähnten Vorteilen hat diese Lösung noch den zusätzlichen Vorteil, daß zusätzliche Parameter bei der Ventilsteuerung mit einbezogen werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Ventilansteuerung nicht kontinuierlich, sondern mit gepulstem Ansteuersignal. Das hat den Vorteil, daß an Lenkrad jeweils während der Impulspause das Rückstellmoraent wirksam ist.

Bei dem Impulsbetrieb läßt sich die Berücksichtigung von weiteren Parametern in einfacher Weise dadurch realisieren, daß man das Impuls-Pauseverhältnis der Ansteuerimpulse ändert. Ist als Impulsgeber ein astabiler Multivibrator verwendet, so wird z.B. dessen Zeitkonstante geändert. Günstigerweise wird bei einer großen Änderung des Lenkeinschlags ein davon abhängiges Signal dazu benutzt, das Impuls-Pauseverhältnis mit eteigender Änderung des Einschlafwinkels zu erhöhen. Andererseits kann man dieses Verhältnis mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit erniedrigen.

Der Drehmomentmeßfühler kann z.B. aus wenigstens einem fflagneten und je einem magnetfeldempfindlichen Halbleiter für die beiden Drehrichtungen bestehen. Diese Bauteile werden

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εο zwischen der eigentlichen Lenkung und dem Lenkrad angeordnet, daß bei Verdrehung des Lenkrads entgegen einer Federkraft eine Relativbewegung zwischen den Magneten und den Halbleitern zustande kommt, so daß ' sich Steuerspannungen an den Halbleitern ergeben. Günstigerweise ist der eine Magnet bzw. bei Verwendung von zwei getrennten Magneten diese beiden Magneten in der Ausgangsstellung gleich weit von den Halbleitern entfernt, _so daß die Differenz der Signale ,0 ist. Bei einer LenkradVerdrehung überwiegt dann bis zum Nachführen durch die Servolenkung eines der Signale und steuert die Ventile entsprechend.

Zur Steuerung des Verstellkolbens kann man zwei Dreiwegeventile verwenden. Bei Ansteuerung eines dieser Ventile wird die Kammer an einer Seite des Verstellkolbens mit einer Druckquelle verbunden und es kommt zur-Verstellung. Im unerregten Zustand der Ventile sind beide Kammern mit einer Rückführleitung verbunden, in die man ein weiteres Magnetventil einschalten kann, das zusammen mit jedem der beiden Steuerventile angesteuert wird und d'ann die Rückführleitung durchlässig macht. Durch dieses Ventil wird eine Lenkungsdämpfung erreicht. Eine weitere Möglichkeit der Lenkungsdämpfung ist in den Ansprüchen angegeben und wird anhand der Fig. 3 erläutert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird'-zur Energieeinsparung die Servolenkung oberhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit von z.B. tö km abgeschaltet, da bei schneller laufendem Fahrzeug die Lenkkräfte klein sind. Um jedoch bei schnellen Lenkeinschlägen (großes Drehmoment.) bzw. bei großem Lenkeinschlag (großer Verdre.hurigswinkel) eine Lenkunterstützung zu haben, kann man den Geschwin&iF>keitsbereich in der die Lenkhilfe wirksam ist, nach oben, erweitern, wenn entsprechende Signale (z.B. aufgrund eines bestimmten Drehmoments) vorliegen.

INSPECTED

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Bei der erfindungsgemäßen Servolenkung läßt sich bei vorhandener getrennter Antiblockierregelung für die beiden gelenkten Räder ein durch unterschiedliche Bremskraft hervorgerufenes Giermoment dadurch vermeiden, daß man die Bremskraft an diesen Rädern z.B. durch Messung des geregelten Bremsdrucks bestimmt, die beiden Bremsdrücke vergleicht und bei Abweichung ein dieser Abweichung nach Größe und Richtung (welches Rad hat den niedrigeren Bremsdruck) entsprechendes Signal erzeugt. Dieses Signal wird dann mit einem von dem Lenkradeinschlag nach Größe und Richtung abhängigen Signal verglichen. Überschreitet das Druckdifferenzsignal eine bestimmte Größe, so muß ein bestimmter Zusammenhang zwischen den beiden verglichenen Größen vorliegen. Ist dies nicht der Fall, so wird je nachdem, welches Signal überwiegt, eines der Ventile zur Lenkradverstellung entsprechend angesteuert und damit durch den Lenkradeinschlag ein von der Abweichung abhängiges Gegenmoment erzeugt, das dem Giermoment entgegenwirkt. Vorzugsweise erfolgt auch hier die Ansteuerung impulsförmig. Ist z.B. bei auf Geradeausfahrt gestellten Rädern der Radbremsdruck am linken Rad größer, als am rechten Rad, so wird eine Verstellung der Lenkung im Sinne eines Einschlags für eine Rechtskurve bewirkt, um das entstehende Giermoment zu kompensieren. Bei bereits eingeschlagener Lenkung muß der vorhandene Lenkwinkel berücksichtigt werden, wozu die zweite Vergleichsstufe mit vorgegebenem Zusammenhang dient.

Um bei Auftreten eines Fehlers in der Servolenkung das Arbeiten der normalen Lenkeinrichtung zu gewährleisten, wird eine Sicherheitsschaltung vorgesehen, die vergleicht, ob bei Erregung eines Ventiles auch ein entsprechendes Steuersignal vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird der Ventilstrom abgeschaltet, vorzugsweise die Stromversorgung für die Ventile insgesamt unterbrochen. Auch kann durch eine Zeitschaltung überwacht werden, ob ein Ventil

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über eine vorgegebene Zeit hinaus anspricht. Auch dann erfolgt eine Abschaltung der Servolenkung. Dies gilt auch bei lange andauernder impulsförmiger Ansteuerung.

Die erfindungsgemäß ausgelegte Servolenkung kann man gemäß weiterer Erfindung auch noch dazu ausnutzen, den Fahrer im Fahrzeug auf irgend einen Fehler im Fahrzeug, wie z.B. Ausfall des Blockierreglers, Ausfall eines Bremskreises usw. aufmerksam zu machen oder ihn auch wegen eines zu geringen Abstandes zum Vordermann zu warnen. Hierzu wird der irgendwie erzeugte Fehler oder das Warnsignal dazu herangezogen einen Impulsgeber wirksam zu machen, der dann die Magnetventile abwechselnd erregt und damit ein Zittern am Lenkrad erzeugt. Die Frequenz und Impulslänge sind hier so zu wählen, daß die Ventile zwer ansprechen, jedoch nur sehr kurz ansprechen.

Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung ermöglicht es aucn, ein Fahrzeug automatisch entlang einer vorgegebenen Leitlinie, die z.B. induktiv abgetastet wird, zu führen. Der die Führung des Fahrzeuges bewirkende Leitsensor erzeugt in an sich bekannter Weise Signale, wenn das Fahrzeug beginnt von der Sollstrecke abzuweichen. Diese Signale kann man dazu benutzen, die Magnetventile zu betätigen und hierdurch eine Korrektur des Fahrzeuglaufes zu bewirken. Der Aufwand hierfür ist, wenn die beschriebene Servolenkeinrichturig vorhanden ist, sehr gering, jedoch ist grundsätzlich durch Verwendung der Ventile und des mit Lenkung verbundenen Kolbens und der Druckquelle auch.eine solche Führung möglich, ohne daß diese Teile für die Servolenkung verwendet werden. Günstigerweise erfolgt die Ansteuerung auch hier impulsförmig.

Figurenbe Schreibung

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemaßen Servolenkung beschrieben werden. Es zei-

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Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung in prinzipieller Darstellung,

Fig. 2 eine Ausführungsmöglichkeit für den Dreha u. b momentfühler

Fig. 3 eine Ventilkombination zur Erzielung der Verschiebung des Stellkolbens mit Lenkdämpfung.

In Fig. 1 sind die gelenkten Räder eines Fahrzeuges mit 1 und 2 bezeichnet. Mittels des Lenkrades 3 und des Lenkgetriebes 4 können das Lenkgestänge 6 und die Räder 1 und 2 verstellt werden. Mit dem Lenkgestänge 6 ist ein Kolben 7 verbunden. Die zu beiden Seiten dieses Kolbens vorhandenen Kammern 8 und 9 können mittels der beiden Dreiwegeventile 10 und 11 mit einer Druckquelle verbunden werden, die aus der aus dem Reservoir 12 saugenden Pumpe 13 und dem Druckspeicher 14 besteht. Im unerregten Zustand verbinden die beiden Magnetventile 10 und *^Λ- die Kammern 8 und 9 mit einer Rücklaufleitung 15 in die ein im unerregten Zustand das Rückfließen der Hydraulikflüssigkeit zulassendes Magnetventil 16 eingeschaltet ist.

In die Lenkwelle ist ein Drehmomentfühler 20 eingeschaltet. Dieser gibt auf einer seiner beiden Ausgangsleitungen eine dem über das Lenkrad 5 aufgebrachten Drehmoment entsprechende Spannung ab. Der Drehmomentfühler kann z.B. so wie in den Fig. 2 a und 2 b dargestellt, ausgebildet sein. Fig. 2 a zeigt einen Schnitt, Fig. 2 b eine Aufsicht auf das entlang der Linie 1-1 geschnittene Teil. Das Lenkrad soll hier mit der Welle 21 des Lenkgetriebes 4 mit der Welle 22 verbunden sein. Bei Drehung der Welle

21 wird das damit verbundene Teil 23 und damit der Stift 24 um die Achse der Welle 21 geschwenkt. Diese Schwenkung erfolgt je nach Drehrichtung entgegen der Kraft einer der Blattfedern 25, die bei 26 mit dem mit der Ausgangswelle

22 verbundenen Teil 27 verbunden sind. Die Federn 24 tra-

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gen. Permanentmagnete 28, von denen bei der Schwenkbewegung je einer dem magnetfeldempfindlichen Halbleiter 2.9 angenähert wird, wodurch eine vom Drehmoment abhän-.. gige Spannung erzeugt wird. Bei Ausfall der Servolenkung erfolgt eine gemeinsame Verdrehung der Wellen 21 und 22, aufgrund der Anschläge 30 und des Stiftes 2A-.

Die auf einer der Ausgangsleitungen Je nach Drehrichtung vorhandene Spannung gelangt bei Überschreiten einer durch die Operationsverstärker 31 oder 32 vorgegebenen Größe zu einem der UJMD-Gatter. 33 oder 34- und zum Zeitglied 3^ eines Impulsgebers. Dieser Impulsgeber weist neben dem Zeitglied 3^·, das ein Ausgängssignal nach einer vorgegebenen Zeit nach Anlegen des Eingangssignales abgi"bt, einen Impulsgenerator 35 und ein UND-Gatter 36 mit invertiertem Eingang auf. An seinem Ausgang entsteht ein Impuls, der bei Abgabe des Impulses aus dem Glied 35 beginnt und nach der durch die Zeitkonstante des Zeitgliedes 3^ gegebenen Zeit endet. Da diese Zeitkonstante durch die Höhe der Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers geändert wird und zwar derart, daß sie mit steigender Spannung größer wird, ist die Impulslänge von dem Drehmoment abhängig. Die Impulse gelangen zu den UND-Gattern 33 und 3^» werden je nach Drehrichtung des Lenkrades von einem durchgelassen und gelangen über eines der ODER-Gatter 37 und einen der Verstärker 38 zu einem der Ventile 10 oder 11 und verbinden damit eine der Kammern 8 oder 9 zeitweise mit der Druckquelle 13/14. Damit wird der Kolben y verschoben und die Räder eingeschlagen. Mit dem Ansprechen eines der Ventile 10 oder 11 fällt wegen der Inversion am Ausgang des ODER-Gatters 39 jeweils das Ventil 16 ab und läßt Druckflüssigkeit zum Reservoir zurückfliessen. Nach Nachstellung der Lenkung hört der impulsförmige Betrieb der Ventile auf.

Das Heiais 40 wird bei Auftreten eines Fehlers erregt und schaltet dann den Strom zu den Ventilen 10, 11 und 16 ab ,

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so daß eine ungehinderte Beeinflussung der Lenkung direkt über die Lenkwelle möglich ist. Das Relais 40 wird erregt, wenn am Ausgang eines der Verstärker 3β ein Signal auftritt, ohne daß am Ausgang des zugehörigen Operationsverstärkers 31 oder 32 ein Signal vorliegt. Hierzu dienen die UND-Gatter 41 und 42 und das ODER-Gatter über das auch Signal zum Relais 40 gelangt, wenn ein Ansteuersignal für eines der Ventile 10 oder 11 eine vorgegebene (zu lange) Zeit andauert (Zeitglied 44).

Wie bereits erwähnt, kann man das Fahrzeug auch unter Ausnutzung der Druckquelle und der Ventile automatisch entlang einer Leitlinie lenken. Hierzu muß ein Fühler für diese Leitlinie vorgesehen sein, dessen von der Abweichung abhängiges Signal eines der UND-Gatter 46 für die Impulse des aus Impulsgeber 35* Zeitglied 47 und UND-Gatter 48 bestehenden Impulsgenerators öffnet. Die Impulse gelangen zu den Ventilen und bewirken damit eine Lenkkorrektur. Bei Einsatz der zusätzlichen Beaufschlagung der Lenkung muß die Sicherheitsschaltung etwas umgestaltet werden. Schließlich kann man den Fahrer unter Nutzung der vorhandenen Mittel auf einen vorhandenen Fehler aufmerksam machen bzw. warnen. Hierzu dient der relativ hochfrequente Impulsgeber 49 mit mäanderförmigen Impulsen. Das die Störung anzeigende Signal wird an der Klemme 50 eingekoppelt: es läßt die Impulse des Gebers zum Ventil 11 durch. In den Impulspausen wird wegen des Inverters 51 das Ventil 10 erregt. Aufgrund dieser abwechselnden Erregung kommt es praktisch zu keiner Änderung des Lenkwinkels, jedoch spürt der Fahrer ein Zittern, das ihn warnt bzw. auf irgend einen Fehler aufmerksam macht · „

In der Fig. 3 der Zeichnung ist nur der Zylinder mit den Kammern 8 und 9 und der Verstellkolben 7 sowie die Ansteuerventilanordnung hierfür dargestellt. Die Ansteuerventile entsprechen den Ventilen 10 und 11 der Fig. 1_t

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verbinden also die Kammern 8 und 9 in der nicht angesteuerten Stellung mit der Rückführleitung 15. In diese ist nunmehr ein Einrichtungsventil 60 eingeschaltet, das bei einem bestimmten Überdruck auf der Ventilseite öffnet und Druckmittel zum Reservoir 12 abfließen läßt. Die Kammern 8 und 9 sind hier allerdings über Drosseln 61 und 62 mit der Bückführleitung 15 verbunden, z.B. bei Stoßen auf die Lenkung wird hierdurch eine Dämpfung erzielt, da die Lenkung durch das nur langsam ausfließende Druckmittel nur langsam zu folgen vermag. Zur Erzielung eines schnellen Druckausgleichs zwischen Rückführleitung 15 und den Kammern 8 und 9, z.B. bei von außen bewirkter Kolbenverschiebung, dienen die Einrichtungoventile 63 und 64, die bei Druckunterschieden einen Druckmittelfluß zu den Kammern 8 und 9 zulassen.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

1.j Servo-Lenkeinrichtung, bei der aufgrund einer Lenk-

^-^ radverdrehung Ventile für ein unter Druck stehendes Druckmittel betätigt werden, das dann einen mit der Lenkung in Eingriff stehenden Verstellkolben verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lenkrad und Lenkung ein Fühler, insbesondere Drehmomentfühler oder Drehbewegungsfühler eingeschaltet ist, der bei Verdrehung des Lenkrades ein elektrisches Steuersignal erzeugt und daß die Ventile, insbesondere Magnetventile in Abhängigkeit von den Steuersignalen angesteuert werden.

2. Servo-Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, die eine impulsförniige Betätigung der Ventile bewirken.

5. Servo-Lenkeinricntung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulserzeuger in seinem Impuls-Pause-Verhältnis steuerbar ausgebildet ist und dall von der Lenkradverdrehung abhängige Signale zur Steuerung des Verhältnisses dienen derart, daß das Puls-PauEeverhältnis mit steigendem Einschlagwinkel anwächst.

4. Servo-Lenkeinrichtung nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Impulserzeuger in seinem Impuls-Pause-Verhältnis steuerbar ausgebildet ist und daß ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängiges Signal zur Steuerung des Verhältnisses dient derart, daß das Puls-Pause-Verhältnis mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt.

5. Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentraeßfühler aus wenigstens einem Magneten und für jede Drehrichtung aus einem magnetfeldempfindlichen Halbleiter

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besteht, wobei diese Bauteile derart angeordnet sind, daß bei Lenkradeinschlag eine .Relativbewegung zwischen den Bauteilen bewirkt wird.

6. Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von . zwei Dreiwegeventilen zur Verstellung des Verstellkolbens in der gemeinsamen Rückführleitung, an die die beiden Ventile angeschaltet sind, ein weiteres elektrisch betätigbares Ventil eingeschaltet ist.

7· Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1—5» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kammern zu beiden Seiten des Verstellkolbens und die damit bei fJichtansteuerung der Ventile in Verbindung stehende Rückführleitung Drosseln eingeschaltet sind.

8. Servo-Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückführleitung ein bei einen bestimmten Differenzdruck öffnendes Einrichtungsventil eingeschaltet ist.

9. Servo-Lenkeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern zu beiden Seiten des Verstellkolbens über bei einer bestimmten (geringen). Druckdifferenz zu den Kammern hin öffnende Einrichtungsventile mit der Rückführleitung verbunden sind.

10. Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Servolenkung nur unterhalb einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit wirksam ist.

11. Servo-Lenkeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erweiterung der Anwendung der Servolenkung nach höheren Geschwindigkeiten hin erfolgt, wenn der Fühler ein hohes Drehmoment oder einen großen Drehwinkel sensiert.

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- Patentansprüche -

12. Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche " - "¹^, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein von den Bremsdruck getrennt regelnden Antiblockierreglern für die beiden gelenkten Räder Druckfühler für die geregelten Bremsdrücke vorgesehen sind, daß Mittel zum Vergleich der den beiden Bremsdrücken entsprechenden Größen vorgesehen sind, die bei Abweichung ein der Abweichung in Größe und Richtung abhängiges Signal erzeugen, daß dieses Signal mit einem der Auslenkung der Räder in Richtung und Größe entsprechenden Signal verglichen wird und daß bei Abweichen der Signale von einem vorgegebenen Zusammenhang ein Signal zur vorzugsweisen impulsförmigen Ventilansteuerung erzeugt wird.

Ί3· Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß Vergleichsmittel vorgesehen sind, in denen geprüft wird, ob bei Ventilerregung entsprechende Ansteuerungssignale vorliegen und die die Servolenkung abschalten, wenn entsprechende Steuersignale nicht vorhanden sind.

i'+. Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche ι bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitschaltung vorgesehen ist, die bei langer (auch langdauernder, impulsförmiger) Ansteuerung eines Ventils anspricht und die Servolenkung abschaltet.

15. Servo-Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14-, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulserzeuger vorgesehen ist, der bei Vorliegen irgendeiner Störung wirksam wird und daß die Signale dieses Impulserzeugers den Ventilen zur schnellen und abwechselnd unterschiedlichen Beeinflussung der Lenkung zuführbar sind.

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Ε-276 / - Patentansprüche -

16. Servo-Lenkeinrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Beaufschlagung der Ventile gemäß Anspruch 1 mit Signalen, die bei Abweichen des Fahrzeuges von einer vorgegebenen Leitlinie erzeugt werden.

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