EP1129005A1

EP1129005A1 - Servolenksystem

Info

Publication number: EP1129005A1
Application number: EP00960399A
Authority: EP
Inventors: Bernd Wolters; Philip KÖHN; Michael Sagefka
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2001-09-05
Also published as: WO2001014201A1; DE19940026A1; US6513618B1; JP2003507260A

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

Servolenksystem

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

Aus der DE 41 12 735 C2 ist ein Servolenksystem mit einer Rückwirkungseinrichtung bekannt, die in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Lenkreaktion 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 Sonderausstattung ein als „Servotronic" bezeichnetes Servolenksystem eingesetzt. Wah- rend sich bei dem aus der DE 41 12 735 C2 bekannten Servolenksystem die Rückwirkung 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 Rückwirkkraft 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 Ruckwirkungseinnchtung geleitet und rufen sowohl über den Arbeitszylinder der Servolenkung als auch über die hydraulische Ruckwirkungseinnchtung Lenkmo- mentenstoße hervor Insbesondere bei Zahnstangenlenkungen mit ihren ver- gleichsweise geringen Massenträgheiten fuhren Fahrbahnanregungen zu einer „Stoßigkeit" der Lenkung

Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Servolenksystem zu verbessern

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost, indem das Schwingverhaiten der Flussigkeitssaule in der Verbindungsleitung der Ruckwirkungseinnchtung in Abhängigkeit von der Frequenz der Schwingungen beeinflußt

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 Femer ist es denkbar, daß die hydraulische Kapazität durch besonders elastische Wandungen der ölführenden Räume innerhalb des Lenksystems realisiert wird Eine derartige 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 beschreibt eine bevorzugte Anordnung von hydraulischer Kapazität und ggf hydraulischem Widerstand

Ein mögliches Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend naher erläutert Es zeigt

Figur 1 das eingangs beschriebene, bei Fahrzeugen der Anmelderin eingesetzte Servolenksystem und Figur 2 ein erfindungsgemäßes Servolenksystem.

Die schematische Darstellung der Figur 1 zeigt ein Servolenksystem für ein Kraft- fahrzeug, bei dem die Lenkbewegung werden durch einen hydraulischen Arbeitszylinder 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 befinden, mit einer Rückwirkungseinrichtung 11 verbunden. Die hydraulischen Widerstände 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 1 1 , 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 hydraulischen Widerständen 6 und 7 die gewünschte Ansteuerung der Rückwirkungseinrichtung 1 1.

Niederfrequente Druckschwankungen oder stationäre Druckverhältnisse, die von bewußt eingeleiteten Lenkbewegungen des Fahrers herrühren, erzeugen eine gewünschte Lenkmomentenrückwirkung. Druckschwankungen höherer Frequenz, die beispielsweise auf Fahrbahnunebenheiten zurückgehen, können durch die hydraulischen 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 ungefiltert an die Rückwirkeinrichtung 1 1 weitergeleitet und rufen am Rückwirkkolben 12 Druckdifferenzen hervor, die in Lenkmomentenstößen am Lenkgetriebeeingang und damit an der Lenksäule resultieren. Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist erfindungsgemaß an der Verbindungsleitung 13 zwischen dem Lenkventil 4 und der Ruckwirkungseinnchtung 1 1 ein hydraulischer Speicher 14 vorgesehen, der als hydraulische Kapazität wirkt Der Speicher 14 be- einflußt die durch Lenkbewegungen hervorgerufenen niederfrequenten Druckschwankungen oder die stationären Druckverhaltnisse und damit das Lenkverhalten des Fahrzeuges nicht Hingegen werden durch den Speicher 14 störende ho- herfrequente Druckschwankungen von der Ruckwirkungseinnchtung 11 abgekoppelt Dies wird durch eine entsprechende Abstimmung des Speichers 14 auf das Servolenksystem, insbesondere die hydraulischen Widerstände 6 und 7 erreicht, bei der hoherfrequente Druckschwankungen aufgrund der glattenden Wirkung des Speichers 14 mit einem reduzierten Druckgradienten an den Widerstanden 6 und 7 anstehen und dort einen entsprechend geringeren Druckabfall und damit auch geringeren Durchfluß erzeugen

Durch die beschriebene „Tiefpaßwirkung" des Speichers 14 werden fahrbahnbedingte Stoße, die zusätzlich zur direkten mechanischen Einleitung über das Lenkgestange auf einen hydraulischen Wirkpfad in das Lenksystem eingeleitet werden, gezielt herausgefiltert Damit wird der hydraulische Pfad der Schwingungseinleitung gezielt bedampft Durch die Verhinderung bzw deutliche Reduzierung der Schwingungseinleitung wird der Lenkkomfort verbessert Bekannte Maßnahmen zur Reduzierung der Stoße, beispielsweise durch Rückschlagventile 8 in der Druckleitung zwischen Lenkhilfskraftpumpe 2 und Lenkventil 4 oder einen mechanischen Lenkungsdampfer sind in dieser Hinsicht wenig wirksam, da auf diesem Weg eine hy- draulische Ruckkopplung über die Ruckwirkungseinnchtung 11 nicht unterbunden werden kann

Die Grenzfrequenz, ab der der Tiefpaßfilter wirkt, liegt bevorzugt unterhalb der Frequenz der Achseigenschwingung, die bei Personenkraftwagen ca 12 bis 20 Hz betragt 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 Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung nach Figur 2 in einer Sackleitung zwischen Wandler 5 und den hydraulischen Widerstanden 6 und 7 angeordnet und demzufolge bevorzugt als Membran- oder Blasenspeicher ausgebildet 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 hydraulischen Widerstanden 6 und 7 zu integrieren und den Speicher 14 damit als Durchflußspeicher auszubilden

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

Wie in Figur 2 des weiteren dargestellt, kann zusätzlich zum Speicher 14 ein hydraulischer Widerstand 15 in Reihe geschaltet werden, mit dessen Hilfe eine weitere Abstimmung des Tiefpaßfilters möglich ist Hierbei werden in erster Linie der Dampfungsgrad und der Gradient des Druckaufbaus beeinflußt, wahrend die Bemessung der Grenzfrequenz durch Auslegung des Speichers 14 selbst erfolgt

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Zahnstangenlenkungen, bei denen fahrbahnindizierte Stoße aufgrund der geringeren Massetragheiten der einzelnen Komponenten der Lenkung in nur ungenügendem Maße bedampft 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 Komponenten um Standardbauteile handelt

Claims

Patentansprüche

1. Servolenksystem für ein Fahrzeug, mit einer hydraulischen Rückwirkungseinrichtung zur Erzeugung einer Lenkreaktion an der Lenksäule des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsleitung (13) zur Rückwirkungseinrichtung (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) aufweisen.

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 Fahrzeugs steuert, und der Rückwirkungseinrichtung (1 1) angeordnet sind. Servolenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequeπz des Tiefpaßfilters oberhalb der Frequenz von durch einen Fahrer des Fahrzeuges eingeleiteten Lenkbewegungen liegt.