-
Die
Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkanlage mit einer durch einen
Elektromotor angetriebenen Hydraulikpumpe, einem Steuerventil, einem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und einer Steuerungseinheit, die
den Elektromotor in Abhängigkeit
von Sensorsignalen steuert, wobei der Elektromotor bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit
mit niedriger Leistung und bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit
mit hoher Leistung betrieben wird, wenn eine Lenkmomentschwelle überschritten
ist.
-
Aus
der
DE 32 20 313 A1 ist
eine gattungsgemäße Hilfskraftlenkanlage
bekannt, deren zum Antrieb der Hydraulikpumpe dienender Elektromotor bei
Hilfskraftbedarf, d. h. wenn das vom Fahrer aufzubringende Lenkmoment
einen gewissen Wert übersteigt,
von einem Stand-by-Modus (niedrige Leistung) in eine Betriebsart
höherer
Leistung umgeschaltet wird. Die in der Betriebsart höherer Leistung dem
Elektromotor zugeführte
Leistung wird mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit vermindert. Nachteilig
an dieser Hilfskraftlenkanlage ist, daß zwar die Stärke der
Lenkkraftunterstützung
mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, aber bereits bei
einem niedrigen, vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment eine Lenkkraftunterschützung auftritt.
So werden unter Umständen
auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten geringfügige Lenkbewegungen oder auch
durch äußere Einflüsse auf
die Lenkanlage, (z. B. Spurrillen) ausgeübte Störmomente von der Hilfskraftlenkanlage
unterstützt,
was sowohl den Fahrkomfort als auch die Sicherheit des Fahrzeugs
ungünstig
beeinflussen kann.
-
Weiterhin
ist aus der
DE 39 23
654 A1 Hilfskraftlenkanlage bekannt, bei der die Hilfskraft
in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Torsionsmoment gesteuert
ist, wenn eine geschwindigkeitsabhängig variierte Lenkmomentschwelle überschritten
ist.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Hilfskraftlenkanlage vorzuschlagen, die
einen gegenüber
dem Stand der Technik verbesserten Komfort und eine erhöhte Sicherheit
bietet.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Hilfskraftlenkanlage mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafterweise
wird bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten auch die Lenkmomentschwelle
bei einem niedrigen Wert liegen, während bei hohen Geschwindigkeiten
der Schwellenwert hoch angesetzt wird. Nur in der hier vorgestellten Kombination
der beiden Maßnahmen,
Variation von Elektromotorleistung gekoppelt mit Variation von Lenkmomentschwelle,
ist ein Optimum sowohl an Komfort, Fahrzeugsicherheit als auch an
Energieeinsparung erreichbar, da die Hilfskraftunterstützung einerseits
nur bei entsprechendem Bedarf erfolgt, und andererseits ihre Stärke in einer
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepaßten Art und Weise variiert wird.
-
Bei
niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, z. B. beim Parkieren, ist es
erwünscht,
daß die
Hilfskraftunterstützung
bereits bei einem niedrigen, vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment
mit hoher Leistung zur Verfügung
steht. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten sollte die Stärke der
Unterstützung gering
sein, um ein ungewolltes starkes Lenken, welches wegen der hohen
Fahrzeuggeschwindigkeit leicht zu Unfällen führen könnte, zu verhindern. Die erfindungsgemäß vorgesehene
hohe Lenkmomentschwelle unterstützt
diesen Effekt zusätzlich.
-
Die
variable Lenkmomentschwelle kann in Stufen variiert werden, z. B.
durch Herabsetzen vom Maximalwert auf zwei Drittel dieses Wertes
unterhalb einer oberen Geschwindigkeitsmarke und Herabsetzen auf
ein Drittel des Maximalwerts unterhalb einer unteren Geschwindigkeitsmarke.
Es sind aber auch mehrere derartiger Stufen möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist es allerdings nach Anspruch 2, die Lenkmomentschwelle
kontinuierlich von einem Maximalwert bei hohen Geschwindigkeiten
auf einen Minimalwert bei niedrigen Geschwindigkeiten zu verändern, da
dann keine sprunghaften, vom Fahrer eventuell als störend empfundenen Änderungen
im Ansprechverhalten der Hilfskraftlenkanlage auftreten.
-
Die
Ansprüche
3 und 4 beziehen sich auf die Elektromotorleistung im Nichtbedarfsfall.
Eine energiesparende Lösung
sieht vor, den Elektromotor bei Nichtbedarf abzuschalten, während ein
Betrieb in einem sogenannten Stand-by-Modus mit z. B. einem Drittel
der Maximalleistung ein schnelles Hochfahren des Elektromotors und
damit ein schnelles Ansprechen der Hilfskraftunterstützung ermöglicht.
-
Weitere
Vorteile und die Funktionsweise der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung anhand der Abbildungen.
-
Dabei zeigen
-
1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkanlage,
-
2 ein
Diagramm Lenkmomentschwelle MS [Nm] über relativer
Fahrzeuggeschwindigkeit v/vmax
-
3 ein
Diagramm der am Elektromotor angelegten Spannung U [V] über relativer
Fahrzeuggeschwindigkeit v/vmax
-
4 ein
Diagramm der Steuerventilkennlinie p [bar] aufgetragen über M [Nm].
-
In 1 ist
eine erfindungsgemäße Hilfskraftlenkanlage
schematisch dargestellt. Die vom Fahrer am Lenkrad 1 aufgebrachte
Drehbewegung wird über
die Lenkwelle 2 und das Steuerventil 3 auf das
im Ritzelgehäuse 4 befindliche
Ritzel übertragen, welches
in einer hier nicht sichtbaren Zahnstange kämmt, die in einem Zahnstangengehäuse 5 geführt ist
und deren Bewegung an die Spurstangen 6, 7 der Lenkeinrichtung übertragen
wird.
-
Mit
der Zahnstange fest verbunden ist ein Kolben 8, der in
einem Servozylinder 9 geführt ist, welcher bezüglich fahrzeugfester
Bauteile, z. B. dem Zahnstangengehäuse 5, unverschiebbar
angeordnet ist. Der Kolben 8 unterteilt den Servozylinder 9 in zwei
Druckkammern, die über
jeweils eine Leitung 10, 11 mit dem Steuerventil 3 in
Verbindung stehen.
-
Das
Steuerventil 3 steht über
eine Druckleitung 12 mit der Druckseite der Pumpe 15 in
Verbindung und über
die Rückleitung 13 mit
einem Tank 16. Die Pumpe 15 saugt über die
Saugleitung 14 Hydraulikmedium aus dem Tank 16 an,
welches über
die Druckleitung 12 zum Steuerventil 3 gefördert wird.
-
Das
Steuerventil 3 stellt in Abhängigkeit von der Lenkrichtung
eine Verbindung zwischen Druckleitung 12 von der Pumpe
einerseits und Druckleitung 10 bzw. Druckleitung 11 zum
Servozylinder andererseits her. Die jeweils andere Druckleitung 11 bzw. 10 steht
dann mit der Rückleitung 13 in
Verbindung, so daß der
Kolben 8 des Servozylinders 9 entsprechend der
erwünschten
Lenkrichtung nach links bzw. rechts verschoben wird.
-
An
der Lenkwelle 2 ist ein Lenkmomentsensor 17 angebracht,
der das vom Fahrer aufzuwendende Lenkmoment mißt und diesen Meßwert an eine
elektrische Steuereinheit 18 weitergibt. Als weiteres Eingangssignal
der Steuereinheit 18 ist ein Geschwindigkeitssignal vorgesehen,
das ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 abgibt. Letztere
kann durch einen elektronischen Tachometer oder durch Radsensoren
einer eventuell vorhandenen blockiergeschützten Bremsanlage gebildet
werden.
-
Die
elektronische Steuereinheit 18 ist über das Zündschloß 20 mit der Batterie 21 verbindbar und
mittels der Leitung 22 an den Elektromotor 23 angeschlossen,
der die Pumpe 15 antreibt. Die elektronische Steuereinheit 18 steuert
den Elektromotor 23 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und
dem aufgebrachten Lenkmoment. Bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit
wird der Elektromotor 23 bereits bei einem niedrigen, vom
Lenkmomentsensor 17 abgegebenen Meßwert in Betrieb gesetzt, während bei
hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Elektromotor 23 erst
bei Anliegen eines großen
Lenkmoments angeschaltet wird. Dabei wird die jeweilige Leistung,
mit der der Elektromotor 23 betrieben wird, mit steigender
Fahrzeuggeschwindigkeit herabgesetzt. Die entsprechenden Kennlinien
sind in den 2 und 3 abgebildet.
-
In 3 ist
die Versorgungsspannung U [V] über
der relativen Geschwindigkeit v/vmax aufgetragen.
Je höher
die Versorgungsspannung U des Elektromotors 23 ist, um
so schneller dreht sich dessen Welle, d. h. um so höher ist
die Leistung der Pumpe 15. Auch hier zeigt wieder die Kurve
A' einen kontinuierlichen
Verlauf, während
Kurve B' einen gestuften Verlauf
von U(v/vmax) darstellt. Es ist vorgesehen,
den Elektromotor bei Geschwindigkeit v/vmax 0
mit der Spannung U = 13 V zu versorgen, während bei Maximalgeschwindigkeit
nur eine Spannung von U = 7 V anliegen soll, entsprechend etwa der
halben Maximalleistung des Elektromotors 23.
-
4 zeigt
ein Diagramm der Steuerventilkennlinie Druck p aufgetragen über Lenkmoment
M. Dabei ist der Druck p derjenige, mit dem der Kolben 8 des
Servozylinders 9 beaufschlagt wird, während das Drehmoment M das
vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment ist. Kurve K1 stellt die p(M)-Charakteristik
bei niedriger Geschwindigkeit, Kurve K2 diejenige bei hoher Geschwindigkeit
dar. Man erkennt, daß bei
niedriger Geschwindigkeit die Lenkmomentschwelle niedrig liegt (Punkt
S1), während
bei hoher Geschwindigkeit die Lenkmomentschwelle stark angestiegen
ist (Punkt S2). Da das Steuerventil 3 lenkmomentabhängig arbeitet,
ist die Verbindung zwischen druckbeaufschlagter Leitung 10 bzw. 11 mit Druckleitung 12 bei
einem Moment von M = 1 Nm noch nicht zu 100% geöffnet, während sie dies bei einem höheren Moment,
z. B. M > 4 Nm bereits
ist. Daher steigt Kurve K1 relativ flach an, obwohl die Pumpe 15 bereits
auf voller Leistung läuft.
Am Punkt S2 würde
die Druckkurve wesentlich stärker
ansteigen, wenn auch hier die Pumpe 15 mit der vollen Leistung arbeiten
würde.
Der dargestellte flache Anstieg der Kurve K2 rührt daher, daß die Pumpe 15 bei
hohen Geschwindigkeiten mit niedriger Leistung betrieben wird, so
daß das
Anheben der Lenkmomentschwelle auf den dargestellten Wert nicht
in einem Stoß in
der Lenkanlage, d. h. einem steilen Anstieg des Druckes bei hohen
Geschwindigkeiten resultiert.
-
- 1
- Lenkrad
- 2
- Lenkwelle
- 3
- Steuerventil
- 4
- Ritzelgehäuse
- 5
- Zahnstangenhäuse
- 6
- Spurstange
- 7
- Spurstange
- 8
- Kolben
- 9
- Servozylinder
- 10
- Druckleitung
- 11
- Druckleitung
- 12
- Druckleitung
- 13
- Rückleitung
- 14
- Saugleitung
- 15
- Pumpe
- 16
- Tank
- 17
- Lenkmomentsensor
- 18
- elektronische
Steuereinheit
- 19
- Fzg.-Geschwindigkeitssensor
- 20
- Zündschloß
- 21
- Batterie
- 22
- Leitung
- 23
- E-Motor