DE3512683C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern der Lenk­ kraft einer Lenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 25 45 970 bekannt ist, und betrifft speziell die Steuerung der Operation eines Servolenksystems in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und dem Lenkwinkel des Fahrzeugs.

Es ist bekannt (z. B. aus US-PS 34 33 127, 40 34 825 und anderen), daß das Drehmoment des Lenkrads auf die Laufräder übertragen wird, nachdem es durch ein mit einem elastischen Torsionsstab ausgestattetes Servosy stem verstärkt worden ist. Insbesondere ist es bekannt (US-PS 40 34 825), daß bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Wirkung des Servolenksy­ stems abgeschwächt wird, während sie bei niedriger Fahrzeuggeschwindig­ keit verstärkt wird.

Bei einem solchen Servolenksystem wird beispielsweise die Rotation der Motorwelle über einen Riemen zu einer Ölpumpe übertragen und aus einem Öltank wird Öl durch diese Ölpumpe zum Servolenksystem geliefert, um zur Erzeugung der Hilfskraft für die Lenkkraft zur Verfügung zu stehen. Außerdem wird von der Gegenwelle eine Hilfsölpumpe angetrieben, die Öl aus dem Öltank saugt. Am Auslaß der Hilfsölpumpe ist ein Drosselventil angebracht und das durch das Drosselventil getretene Öl wird zum Öltank zurückgeleitet, während Drucköl von der Strecke zwischen dem Ausgang der Hilfsölpumpe und dem Drosselventil zu einer hydraulischen Reaktionskam­ mer geführt ist, um die Torsion der Torsionsstange zu beeinflussen, also bei Ansteuerung die Torsionsstange praktisch zu versteifen. Die Hilfspum­ pe hat eine der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Drehzahl. Während des schnellen Fahrens liegt am Drosselventil ein hoher Öldruck an mit der Folge, daß ein hoher Druck an die hydraulische Reaktionskammer gegeben wird, um die Funktion des Servolenksystems zu schwächen, wodurch das Drehen am Lenkrad schwerer wird. Jedoch ist die Abgabemenge der Hilfspumpe klein, so daß keine große hydraulische Reaktion erzielt werden kann, und bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit ist sie unzurei­ chend, wobei Pulsationen und Schwankungen des Drucks vorkommen. Außerdem ist die Gegenwelle in örtlichem Abstand vom Öltank oder von der hydrauli­ schen Reaktionskammer angeordnet, so daß viel Raum durch die Rohrleitun­ gen belegt ist.

Es ist auch eine Vorrichtung mit einer Strömungsmittel-Hilfspumpe zur Lenkkraftsteuerung bekannt (DE-OS 22 40 649), bei der der Steuerdruck für die Reaktionskammer von der Strömungsmittel-Hilfspumpe erzeugt wird, die von der Getriebe-Zwischenwelle angetrieben wird und somit proportio­ nal zur Fahrzeuggeschwindigkeit pumpt. Der hierbei entstehende Strömungs­ mitteldruck wird unmittelbar als Gegendruck in Druckkammern eingeleitet und beaufschlagt jeweils Kolben, die der Torsionsverdrehung der Torsions­ stange entgegenwirken. Auch bei diesem Stand der Technik stellen sich die Nachteile einer fahrgeschwindigkeits-proportional angetriebenen Pum­ pe ein, und ist eine Reaktionsbeeinflussung in Abhängigkeit vom Lenkwin­ kel nicht möglich.

Weiterhin ist ein System mit einer gemeinsamen Pumpe für die Servoanlage und die Reaktion bekannt (GB-A 20 39 838), bei den die Hydraulikpumpe Strömungsmittel über zwei Steuerleitungen und Steuerventile zu einen Zylinder speist. In einer der Steuerleitungen sind eine feste Drossel und eine veränderliche Drossel in Parallelschaltung eingeschaltet und dienen der Änderung der Durchströmungsrate in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit über einen Schrittmotor. Bei der elektrischen Verarbeitung der Geschwindigkeitssignale sind noch verschiedene Besonder­ heiten eingebaut, nicht jedoch die zusätzliche Abhängigkeit vom Lenkwin­ kel. Die Drosselanordnung arbeitet unmittelbar auf das Steuerventil, während zur Ableitung nur ein Überdruckventil vorhanden ist. Es ist nicht ganz klar, wie im unteren Druckbereich eine stetige Drucksteuerung mit Hilfe der Drossel stattfinden kann.

Beim Stand der Technik nach der DE-OS 25 45 970, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegt, existiert ebenfalls eine Strömungsmittel- Hilfspumpe zu Steuerzwecken, und zwar handelt es sich hierbei um eine Absaugpumpe, die durch eine Zwischenwelle des Fahrzeuggetriebes angetrie­ ben wird, also rein fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig läuft. Der Reak­ tionsdruck kann nie höher werden als der Förderdruck der Hauptpumpe, auch nicht bei schneller Geradeausfahrt. Es treten Rückwirkungen vom Hauptservozweig auf den Reaktionszweig auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Steuern der Lenkkraft so weiterzuentwickeln, daß eine Schwächung der Servowir­ kung in Abhängigkeit sowohl von der Geschwindigkeit als auch vom Lenkwin­ kel eintritt und die entsprechende Steuerung auch bei niedrigster Fahr­ zeuggeschwindigkeit noch präzise und ohne Unstetigkeit arbeitet.

Dies wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung erreicht. Im Rahmen der Erfindung wird die die Servowirkung schwächende Reaktion in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und vom Lenkwinkel gesteuert, und zwar mit Hilfe der Hilfs-Pumpe, die auf der gemeinsamen Welle mit der Hauptpumpe sitzt und hierbei, noch ohne unmittelbaren Bezug zur Fahrzeug­ geschwindigkeit, Strömungsmittel aus dem Strömungsmitteltank und in die­ sen zurück pumpt. Diese Hilfspumpe kann auch im Stillstand des Fahrzeugs Öl pumpen, da die Motordrehzahl einer Brennkraftmaschine auch bei sehr langsamer Fahrt oder beim Anhalten nicht beliebig absinken kann.

Die Hilfspumpe pumpt nun über eine erste und eine zweite Strömungsdros­ sel, zwischen denen das Steuersignal in Form von Strömungsmittel-Steuer­ druck für die Reaktionskammer abgenommen wird. Gemäß einer in Anspruch 4 beanspruchten bevorzugten Ausführungsform hat auch die zweite Strömungs­ drossel eine variable Charakteristik, jedenfalls hat es aber die erste, die in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und vom Lenkwinkel drosselt.

Außerdem kann der Montageraum reduziert werden, so daß der gesamte Aufbau kleiner wird. Da die auf die hydraulische Reaktionskammer wirken­ de Kraft durch die Bedingungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels verändert werden kann, können die subjektive Lenkbetätigungs­ reaktion und die Aufrechterhaltung des Geradeauslenkens verbessert wer­ den.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Strömungs-Schaltplan einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung;

Fig. 2 einen Strömungs-Schaltplan einer zweiten Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 3 in graphischer Darstellung die Drehmoment/Druck-Charakteristik einer Servolenkvorrichtung gemäß der Erfindung im Vergleich zu einem Beispiel nach dem Stand der Technik.

In Fig. 3 stellt eine Kennlinie A die Drehmoment/Druck-Charakteristik eines Servolenksystems dar. Bei hoher Geschwindigkeit wird die Lenkkraft extrem niedrig und es ist schwierig, den Zustand der Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs, beispielsweise des Automobils, aufrechtzuerhalten. Es besteht die Tendenz, das Lenkrad zu stark zu betätigen. Durch eine an sich bekannte hydraulische Reaktionskammer wird deshalb in Abhängigkeit vom Betriebszustand die Servowirkung verringert, und zwar wird der Reak­ tionsdruck durch die Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert, wodurch der un­ empfindliche Bereich der hydraulischen Reaktionskammer entsprechend den Kennlinien B und C verbreitert wird. Wie jedoch diese Kennlinien B und C zeigen, ist der Druckanstieg infolge des Momentenanstiegs nach dem Durchlaufen des unempfindlichen Bereichs wiederum steil, so daß die Lenkkraft plötzlich niedrig wird, wenn das Lenkmoment den unempfindli­ chen Bereich übersteigt, beispielsweise in Fällen, in denen eine schnel­ le Lenkradbetätigung durchgeführt wird oder der Lenkwinkel groß ist. Die Folge dieses Absinkens der Lenkkraft ist, daß das Lenkrad überzogen wird. Wird die Drucksteuerung lediglich durch die Fahrzeuggeschwindig­ keit bewirkt, so wird nur der unempfind­ liche Bereichsteil der Drehmoment/Druck-Charakteristik verbreitert, jedoch ist die Kontur der Kennlinienkurve jenseits dieses Bereichs die gleiche, wodurch das Lenkbetätigungsgefühl verlorengehen kann.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Vermeidung dieser Nachteile. Der Motor 11 eines Kraftfahrzeugs weist eine Drehwelle 12 auf, auf der eine Riemenscheibe 13 sitzt, die über einen endlosen Riemen 14 eine zweite Riemenscheibe 15 antreibt. Die Riemenscheibe 15 ist mit einer zusammengesetzten Ölpumpe, bestehend aus einer Hauptölpumpe 16 und einer Hilfsölpumpe 17, auf einer gemeinsamen Antriebswelle 18 mon­ tiert. Die Pumpe 16 ist mit einer Saugleitung 19 und die Pumpe 17 mit einer Saugleitung 21 versehen, die von einem Öltank 22 kommen. Von der Hauptpumpe 16 abgegebenes Drucköl wird über eine Speise- oder Druckleitung 23 einem Kraftlenksystem oder Servolenksystem 24 eingespeist. Das durch das System 24 hindurchgelaufene Drucköl wird über eine Rücklaufleitung 25 zum Tank 22 zurückgeleitet. Das von der Hilfsölpumpe 17 abgegebenes Drucköl wird über eine Ausgangs- oder Druckleitung 26 einer Durchflußsteu­ ereinrichtung 27 eingespeist. Das von der Einrichtung 27 wieder abgegebene Drucköl wird erstens über eine Rücklaufleitung 28 und ein festes Drossel­ ventil 29 zum Tank 22 zurückgeleitet und zweitens außerdem über eine Zweigleitung 31 einer hydraulischen Reaktionskammer 32 eingespeist. Die hydraulische Reaktionskammer 32, die dazu dient, die Anwendung der Reak­ tion auf die Servolenkung zu steuern, wird hier nicht im einzelnen beschrieben, da sie die aus der US-PS 40 34 825 bekannte Bauweise aufweist.

Die Durchflußsteuereinrichtung 27 enthält ein veränderliches Drosselventil 33, das mit der Druckleitung 26 verbunden ist, eine Steuervorrichtung 34 zum Steuern des Maßes der von dem Ventil 33 ausgeübten Drosselung, einen ein festes Drosselventil 35 enthaltenden Überbrückungspfad 36, der das veränderliche Drosselventil 33 überbrückt, und ein Durchflußsteuerventil 37, das das an das veränderliche Drosselventil 33 gelieferte Drucköl steuert.

Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 38 ermittelt die Fahrzeuggeschwindig­ keit und gibt einen der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Signalwert ab, und ein Lenkwinkelsensor 39 dient dazu, die Anzahl der Umdrehungen und den Drehwinkel der Lenkhandhabe, beispielsweise des Lenkrads, elektrisch zu melden, und stellt den Lenkradwinkel fest, um ein diesem Winkel entsprechendes Signal abzugeben. Von diesen Sensorsignalen der Sensoren 38 und 39 eine Einstellschaltung 41 und von dieser wird die Steuervorrichtung 34 gesteuert und stellt das Maß der Drosselung im veränderlichen Drossel­ ventil 33 ein. Die Sensoren 38 und 39 sind an sich bekannt und brauchen deshalb hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Das Durchflußsteuer­ ventil 37 stellt die Ölmenge am Eingang und am Ausgang des veränderlichen Drosselventils 33 fest und leitet überschüssiges Öl zum Öltank 22 zurück, wobei sein Öffnungsgrad durch den Öldruck in Sondenleitungen 42 und 43 eingestellt wird, von denen ein Ende an die Druckleitung 26 bzw. an die Rücklaufleitung 28 angeschlossen ist. Ist also der Öldruck des veränderli­ chen Drosselventils 33 niedriger als der Öldruck an der Druckleitung 26, so ist das Steuerventil 37 offen, das mit seiner Eingangsseite über eine Rohrleitung 44 mit der Druckleitung 26 verbunden ist und mit seiner Ausgangsseite über eine Rohrleitung 45 mit dem Öltank 22 verbunden ist.

Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Wird die gemeinsame Antriebswelle 18 der zusammengesetzten Pumpe durch die Drehung des Motors 11 in Rotation versetzt, so werden die Hauptpumpe 16 und die Hilfspumpe 17 aktiv. Das von der Hauptpumpe 16 ausgestoßene Drucköl gelangt über die Druckleitung 23 zum Servolenksystem 24 und dient als Hilfskraft für die Lenkkraft, woraufhin es über die Rücklaufleitung 25 zum Öltank 22 zurück­ kehrt. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig, so ist das veränderliche Drosselventil 33 der Durchflußsteuereinrichtung 27 durch den Fahrzeugge­ schwindigkeitssensor 38 geschlossen und der größere Teil des von der Hilfsölpumpe 17 abgegebenen Öls wird durch das Durchflußsteuerventil 37 zum Tank 22 zirkuliert. Durch das feste Drosselventil 29 tritt nur sehr wenig Öl hindurch und der Drosseldruck ist sehr niedrig. Der auf die hydraulische Reaktionskammer 33 wirkende Druck ist ebenfalls sehr niedrig und der erzeugte Druck ist sehr klein.

Bei einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit wird wiederum das der Ge­ schwindigkeit entsprechende Signal, das vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 38 kommt, der Einstellschaltung 41 eingespeist und die Steuervorrichtung 34 betätigt das veränderliche Drosselventil 33 so, daß die Öffnungsfläche dieses Ventils aufgrund des Ausgangssignals der Einstellschaltung 41 ver­ größert wird. Hierdurch nimmt der Öldruck in der Druckleitung 26 ab und der verminderte Öldruck wird über die Sondenleitung 44 dem Durchflußsteuer­ ventil 37 eingeleitet, das schließt, wodurch die zum Öltank 22 zurückge­ führte Ölmenge verringert wird. Auch erhöht sich der Ölfluß durch das feste Drosselventil 29 aufgrund des angestiegenen Ölflusses in der Rück­ laufleitung 28 unter Erzeugung eines Staudrucks. Durch diesen Staudruck kommt Öl in die hydraulische Reaktionskammer 32 durch die Zweigleitung 31, wodurch die auf das Servolenksystem 24 bezogene Reaktion erhöht wird. Während des Fahrens einer hohen Geschwindigkeit wird hierdurch die Funk­ tion des Servolenksystems 24 geschwächt.

Ist der Lenkwinkel groß, so wird die Funktion des Servolenksystems 24 durch den Lenkwinkelsensor 39 geschwächt.

Wie in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet ist, kann der Druckanstieg in Abhängigkeit vom Anstieg des Drehmoments nach dem Durchlaufen des unemp­ findlichen Bereichs langsamer vonstatten gehen im Vergleich zum Stand der Technik, wen die Lenkkraft bei Überschreiten des unempfindlichen Bereichs durch das Lenkmoment und übermäßiger Betätigung der Lenkhandhabe sehr schnell abnimmt, welche Nachteile des Stands der Technik abgemildert sind.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei Elemente, die denen der Ausführungsform nach Fig. 1 gleichen, mit gleichen Bezugszei­ chen versehen sind und nicht mehr im einzelnen beschrieben werden. Bei der zweiten Ausführungsform ist anstelle des bei der ersten Ausführungsform verwendeten festen Drosselventils 29 ein veränderliches Drosselventil 52 vorhanden, das zu seiner Ansteuerung mit einer mit der Druckleitung 23, die von der Hauptpumpe 16 kommt, kommunizierenden Zweigleitung 51 verbun­ den ist. Der Druck in der Druckleitung 23 steuert den Öffnungsgrad des Drosselventils 52. Hierdurch kann die Reaktion von der Straßenfläche ausreichend auf die Lenkhandhabe wie das Lenkrad übertragen werden, so daß eine Charakteristik mit "Lenkradgefühl" erhalten wird.

Die Erfindung ist in Verbindung mit konkreten Ausführungsformen beschrie­ ben worden, der Fachmann kann jedoch hinsichtlich der Formen und Einzelhei­ ten verschiedene Änderungen durchführen und trotzdem die geltend gemachten Wirkungen erzielen, wenn er innerhalb des Rahmens der Erfindung bleibt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Steuerung der Lenkkraft einer Lenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit

• - einem Servolenksystem (24) zur Erzeugung einer Hilfskraft zur Lenk­ kraft der Lenkvorrichtung durch ein von einem Strömungsmitteltank (22) über eine Strömungsmittelpumpe (16) kommendes Strömungsmittel,
• - einer hydraulischen Reaktionskammer (32) zum Anlegen einer Gegen­ kraft zur Verminderung der Hilfskraft bei schneller Fahrt,
• - einem Steuer-Strömungsmittelkanal (31), der Strömungsmittel unter einem Steuerdruck an die Reaktionskammer (32) heranführt,
• - einer Strömungsmittel-Hilfspumpe (17), die den Steuerdruck in Abhän­ gigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflußt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Strömungsmittel-Hilfspumpe (17) mit der Strömungsmittelpumpe (16) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (18) sitzt,
• - in einem Strömungsmittelkanal (26, 28) zwischen der Druckseite der Strömungsmittel-Hilfspumpe (17) und dem Strömungsmitteltank (22) eine Durchflußsteuereinrichtung (27) zur Steuerung des Strömungs­ mittels in Abhängigkeit der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels eingesetzt ist,
• - eine Drosseleinrichtung (29) für das Strömungsmittel im Strömungs­ mittelkanal (26, 28) an der Ausgangsseite der Durchflußsteuerein­ richtung (27) eingesetzt ist, und
• - der Steuer-Strömungsmittelkanal (31) für die hydraulische Reaktions­ kammer (32) an einem Ende mit einem Kanalteil zwischen der Ausgangs­ seite der Durchflußsteuereinrichtung (27) und der Drosseleinrich­ tung (29) und am anderen Ende mit der hydraulischen Reaktionskammer (32) kommuniziert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durch­ flußsteuereinrichtung (27) ein veränderliches Drosselventil (33), dessen Öffnung durch ein elektrisches Signal der Fahrzeuggeschwindig­ keit und des Lenkwinkels einstellbar ist, und ein Steuerventil (37), dessen Öffnungsgrad durch den Unterschied des Strömungsmitteldrucks im Strömungsmittelkanal (26, 28) zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des veränderlichen Drosselventils (33) einstellbar ist, gehören, wobei, wenn der Strömungsmitteldruck an der Einlaßsei­ te des Drosselventils (33) höher ist als an der Auslaßseite, das Strömungsmittel zum Tank (22) zurückgeleitet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (29) im wesentlichen aus einem festen Drosselven­ til besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (52) im wesentlichen aus einem veränderlichen Drosselventil besteht, dessen Öffnungsgrad durch den Strömungsmittel­ druck einstellbar ist, der durch die Strömungsmittelpumpe (16) an das Servolenksystem (24) angelegt ist.