WO2012062500A1 - Hydraulische servo-lenksystem mit unterstützungskraftsenkung - Google Patents

Hydraulische servo-lenksystem mit unterstützungskraftsenkung Download PDF

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WO2012062500A1
WO2012062500A1 PCT/EP2011/066000 EP2011066000W WO2012062500A1 WO 2012062500 A1 WO2012062500 A1 WO 2012062500A1 EP 2011066000 W EP2011066000 W EP 2011066000W WO 2012062500 A1 WO2012062500 A1 WO 2012062500A1
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WO
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steering
valve
hydraulic
operating method
hydraulic pump
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/066000
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens-Hauke MÜLLER
Sven Kirschbaum
Original Assignee
Ford Global Technologies, Llc
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Publication date
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/061—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle provided with effort, steering lock, or end-of-stroke limiters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/08—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of steering valve used
    • B62D5/083—Rotary valves
    • B62D5/0835—Rotary valves characterised by means for actively influencing the deflection angle of the valve, e.g. depending on driving parameters

Definitions

  • the invention relates to an operating method for a hydraulic power steering system, in particular with an open center (open center steering system), wherein a steering cylinder in a steering gear introductory steering cylinder is integrated via a steering valve in a hydraulic circuit and a hydraulic pump feeds the hydraulic circuit, i. the hydraulic fluid is pressurized.
  • a conventional hydraulic power steering system of a motor vehicle serves for the steering adjustment of the wheels, in particular of the front wheels, of a two-lane motor vehicle.
  • a steering gear By means of a steering gear, the wheels are pivoted or turned around their steering axis. This is initiated by the driver of the motor vehicle with his steering wheel, which is connected via a steering shaft with the interposition of a so-called. Torsionsstabes with the steering gear.
  • a support force can be introduced via a designed as a hydraulic synchronizing cylinder so-called. Steering cylinder.
  • the steering valve thus specifies the relationship between the steering torque and the assisting force.
  • Such conventional hydraulic power steering systems or servo-steering systems for motor vehicles are characterized by a high energy density, high maximum forces and good dynamic behavior.
  • a disadvantage of these conventional systems on the market, however, is their relatively poor efficiency, which is due to high power losses, and increases the fuel consumption of the motor vehicle or its also the power steering providing power unit.
  • the reason for the relatively high power loss is the applied operating principle of the resistance control with a constant hydraulic volume flow.
  • the steering valve which controls the hydraulic differential pressure in the steering cylinder and thus specifies the support pressure, usually has an open center position ("open center”, “open center”, “floating position"), in which the steering valve is permanently flowed through, ie the so-called pressure area and the so-called tank area of the hydraulic circuit as well as the two chambers of the steering cylinder are interconnected. Due to the flow resistance of all hydraulic lines and the other components flowed through, such as steering valve, filter, radiator, a power loss is generated, which exceeds the ultimately necessary to assist the driver steering performance by a multiple.
  • the operating method according to the invention for a hydraulic power steering system provides that a steering cylinder, which introduces the assisting force into a steering gear, is integrated in a hydraulic circuit via a steering valve whose steering valve opening defines the assistance force.
  • the hydraulic circuit is powered by a hydraulic pump which pressurizes the hydraulic fluid to effect circulation.
  • further means for detecting the position of the steering gear are provided with which just this position can be detected.
  • Such means include not only means that detect this position directly on the steering gear, such as the rack make, but also indirectly detect the position, ie on components that move relative to the rack. It is preferably a steering angle sensor that detects, for example, the steering angle of the steering wheel on the handlebar. It is also conceivable to detect the steering angle at the pivoting movement or position of a driven by the rack stub axle.
  • the support force is lowered in at least one predetermined position of the steering gear, for example, the rack.
  • a position-dependent influence of the steering system takes place, which results in a reduction of the support force compared to the unaffected steering system. This is done, for example, evaluated by means of a control unit, the position detection and causes a reduction in the supporting force.
  • two of the respective end positions of the rack associated, predetermined positions are provided.
  • the positions can but do not necessarily have to be the same. Due to the fact that the support force at the end positions is lowered as intended, the mechanical requirements for the stop devices, which limit the relative displacement between the rack and the steering housing, are lower. It can Weight can be saved in the overall system and thus fuel can be saved in the so-equipped motor vehicle. Furthermore, a pressure relief valve protecting the pump from overloading when the end stops are reached can advantageously be dispensed with.
  • the volume flow delivered by the hydraulic pump can be adjusted or adjusted, and this can be regulated at the pump itself or at a downstream valve.
  • the adjustment is electromechanical, electro-hydraulic or hydraulic.
  • the term regulatable is to be interpreted broadly and includes the possibility that the hydraulic pump is, however, also switchable between two or more delivery stages with different delivery volume flow.
  • a controllable hydraulic pump according to the invention can also be driven by the drive unit of the vehicle via a controllable clutch. According to the delivery volume is lowered when reaching the predetermined position. As a result, the noise level is lowered and reduced in particular at the end positions of the rack, the load on the hydraulic pump. As a result, the components of the hydraulic circuit are spared. Due to the ease of adjustment, the hydraulic pump is preferably driven by an electric motor.
  • the steering valve causes the adjustment of the supporting force by varying a steering valve opening of the steering valve and thus in direct dependence of a voltage applied to a steering wheel steering torque.
  • the steering valve is a valve with an open center.
  • the ratio between steering valve opening and adjacent steering torque is simultaneously modulated by an actuator so that the valve characteristic (also called the "boost curve") of the steering valve can be modulated
  • valve characteristic also called the "boost curve”
  • the steering valve has a planetary gear for modulating the valve characteristic by the actuator.
  • Such steering valves are characterized by a particularly fast and precise adjustability of the valve characteristic.
  • Such a steering valve is known from DE 102004049686 AI. Even more preferred is the embodiment described in DE 102009029532 A1, which in particular is incorporated herein by reference in its entirety.
  • the actuator is for example a stepper motor or a servomotor.
  • this functionality of moment superimposition is not used or just not only for an active steering but now to reduce the support force depending on the rack position. This can be done without but also in addition to lowering the delivery volume of the hydraulic pump. In addition to the aforementioned advantages, a quieter response of the steering over the entire steering range can be achieved.
  • the lowering of the support force is not only on reaching a predetermined position, but it is already before with approach to the at least one predetermined position continuously.
  • a perceived as particularly pleasant steering behavior is achieved.
  • it is achieved at high steering angle speeds that the support force is lowered when the predetermined position is reached.
  • the steering speed is determined and in Depending on this speed, the approach limit set to the predetermined position, in the lowering of the support force starts and / or set the strength of the continuous reduction.
  • the variation of the supporting force is not only position-dependent, but also as a function of the steering torque represented.
  • the support force reduction with removal of the rack from the at least one predetermined position is at least partially continuously withdrawn.
  • the return may be stronger with the same change in the steering angle, as in the continuous lowering described above, to achieve the unaffected support force faster.
  • the position detection can also be used to vary the lowering. For example, in a removal movement from the predetermined position and a change in an approach movement before exceeding the approach limit, a greater reduction of the support force is selected as it would have been chosen for an approach from a position beyond the approach limit.
  • the invention further relates to a hydraulic power steering system for carrying out the method of operation in one of the embodiments described above, comprising: a hydraulic circuit, a steering cylinder which is integrated into the hydraulic circuit and introduces an assisting force into a steering gear, a steering valve which is integrated into the hydraulic circuit and which Adjusting force in response to a voltage applied to a steering wheel steering torque, and a hydraulic pump that feeds the hydraulic circuit, the hydraulic pump is adjustable in terms of their flow rate and / or the valve characteristic of the steering valve is additionally modulated by an actuator, and means for detecting the position the rack.
  • the servo steering system according to the invention is characterized in that a control unit is provided, which is designed so that the Supporting force is lowered in at least one predetermined position of the rack by lowering the delivery volume of the hydraulic pump and / or modulation of the valve characteristic.
  • FIGS. show a particularly preferred embodiment of the invention, but this is not limited thereto. They show schematically:
  • Figure 1 is a schematic view of an embodiment of the hydraulic power steering system according to the invention.
  • Figure 2 is a representation of the position-dependent reduction of the supporting force.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of the hydraulic power steering system according to the invention 1. It is a so-called open hydraulic system.
  • the wheels, not shown, are pivoted about a sliding rack 9.
  • the displacement of the rack 9 is effected by adjusting a steering wheel 2, which is about a steering rod 10, also called steering shaft, in engagement with the rack 9.
  • An only schematically indicated steering cylinder 18 causes depending on the steering torque applied by the driver an assisting force in the respective steering direction.
  • the steering cylinder 18 is acted upon by hydraulic pressure of a hydraulic circuit 3.
  • the hydraulic circuit 3 comprises a reservoir 4, a hydraulic pump 7, a pressure relief valve 5, an adjustable bypass 6 and a steering valve 8.
  • the steering valve 8 serves to adjust the assisting force as a function of the driver's steering wheel 2 applied steering torque.
  • the steering valve 8 is adjustable with respect to its valve characteristic by means of an electromotive actuator 16 and thus the supporting force can be modulated by the actuator 16.
  • the volume flow of the hydraulic circuit generated by the hydraulic pump can be regulated in the direction of the steering valve 8 by means of an electrically adjustable bypass valve 6.
  • the bypass valve 6 and the actuator 16 are driven by a control unit 11.
  • the control unit 11 also receives measured values from a steering angle sensor 15 and a torque sensor 17.
  • the control unit is fed by a vehicle voltage supply 13 and is switched on and off via the ignition voltage signal 14.
  • Via a bus system 12 (for example CAN bus), the control unit 11 communicates with further vehicle electronics, not shown, for example, the engine control and receives, for example, information regarding the instantaneous vehicle speed.
  • the control system receives the position information of the rack 9.
  • the rack 9 When approaching the two end positions of the rack is lowered by adjusting the valve characteristics of the steering valve 8 by the actuator 16 and / or by lowering the delivery volume by adjusting the bypass valve 6, the support force.
  • the loads of the components when striking the rack 9 are minimized when reaching their end positions, for example, to the steering housing.
  • the pressure relief valve 5 shown in the embodiment shown in Figure 1, which should protect the pump 7 from overloading when the rack 9 is moved against the respective stop, can be advantageously eliminated.
  • FIG. 2 the procedure according to the invention is explained using the example of influencing ie the adjustment of the valve characteristic of the steering valve 8. It is shown influencing this valve characteristic of the steering valve as a function of the steering angle. For example, the degree of influence is measured by the degree of relative rotation of the steering valve sleeve. It should be clear to the person skilled in the art that the assisting force can vary depending on the applied steering torque and only the steering angle-dependent degree of influencing this assisting force is shown here. The zero position defines the support force at the time the activity described becomes active. However, other functionalities may already be active which make use of either the variation of the assisting force of the steering valve by the actuator and / or the hydraulic pump.
  • the support force is set only by the steering valve and possibly by the volume flow of the hydraulic pump.
  • the maximum steering angle is determined by the predetermined end position of the rack. As the steering angle increases and when an approach limit is exceeded, the adjustment of the steering valve caused by the actuator and thus the degree of steering valve influence increases linearly or progressively or degressively to cause a decrease in the assisting force with respect to a non-directional steering valve, see curve 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Servo-Lenksystem (1) zur Durchführung des Betriebsverfahrens gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, aufweisend: ein Lenkgetriebe (9), einen Hydraulikkreis (3), einen in den Hydraulikkreis (3) eingebundenen, eine Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe einleitenden Lenkzylinder (18), ein in den Hydraulikkreis (3) eingebundenes Lenkventil (8), das die Unterstützungskraft in Abhängigkeit eines an einem Lenkrad (2) anliegenden Lenkmoments einstellt, sowie eine Hydraulikpumpe (6, 7), die den Hydraulikkreis (3) speist, wobei die Hydraulikpumpe (6, 7) hinsichtlich ihres Förder-Volumenstroms regulierbar ist und/oder die Ventilcharakteristik des Lenkventils (8) durch einen Aktuator (16) zusätzlich modulierbar ist, und Mittel (15) zur Detektion der Stellung der Lenkgetriebes (9). Das System zeichnet sich durch eine Steuereinheit (11) aus, die ausgelegt ist, dass die Unterstützungskraft bei wenigstens einer vorgegebenen Stellung der Zahnstange durch Absenken des Fördervolumens der Hydraulikpumpe (6, 7) und/oder Modulation der Ventilcharakteristik abgesenkt wird.

Description

Bezeichnung : Hydraulische Servo- Lenksystem mit Unterstützungskraftsenkung
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein hydraulisches Servo- Lenksystem insbesondere mit offener Mitte (Open-Center-Lenksystem), wobei ein die Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe einleitender Lenkzylinder über ein Lenkventil in einen Hydraulikkreislauf eingebunden ist und eine Hydraulikpumpe den Hydraulikkreislauf speist, d.h. das Hydraulikfluid mit Druck beaufschlagt.
Ein übliches hydraulisches Lenkhilfesystem eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines Personenkraftwagens, dient der Lenkverstellung der Räder, insbesondere der Vorderräder, eines zweispurigen Kraftfahrzeugs. Mittels eines Lenkgetriebes werden die Räder um ihre Lenkachse verschwenkt oder eingeschlagen. Initiiert wird dies vom Fahrer des Kraftfahrzeugs mit seinem Lenkrad, das über eine Lenkspindel unter Zwischenschaltung eines sog. Torsionsstabes mit dem Lenkgetriebe verbunden ist. In dieses Lenkgetriebe kann über einen als hydraulischen Gleichlaufzylinder ausgebildeten sog. Lenkzylinder eine Unterstützungskraft eingeleitet werden. Dies erfolgt in Abhängigkeit von einem vom Fahrer mit seinem Lenkrad vorgegebenen Lenkeinschlag über ein Lenkventil, dessen Betätigung an den Torsionsstab bzw. an das an diesem anliegenden Torsionsmoment gekoppelt ist, was wiederum dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment entspricht. Damit gibt das Lenkventil die Abhängigkeit zwischen Lenkmoment und Unterstützungskraft vor.
Derartige übliche hydraulische Lenkhilfesysteme bzw. Servo -Lenksysteme für Kraftfahrzeuge zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte, hohe maximale Kräfte und ein gutes dynamisches Verhalten aus. Nachteilig bei diesen üblichen auf dem Markt befindlichen Systemen ist jedoch deren relativ schlechter Wirkungsgrad, der durch hohe Verlustleistungen bedingt ist, und den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs bzw. von dessen auch die Lenkhilfe- Energie bereitstellenden Antriebsaggregat erhöht. Der Grund für die relativ hohe Verlustleistung ist das angewandte Wirkprinzip der Widerstandssteuerung mit einem konstanten Hydraulik-Volumenstrom. Das Lenkventil, welches den hydraulischen Differenzdruck im Lenkzylinder steuert und damit den Unterstützungsdruck vorgibt, weist in der Regel eine geöffnete Mittelstellung ("offene Mitte", "open-center", "Schwimmstellung") auf, in der das Lenkventil permanent durchflössen wird, also der sogenannte Druckbereich und der sogenannte Tankbereich des Hydraulikkreises ebenso wie die beiden Kammern des Lenkzylinders miteinander verbunden sind. Aufgrund des Durchflusswiderstandes sämtlicher Hydraulikleitungen und der weiteren durchströmten Komponenten, wie beispielsweise Lenkventil, Filter, Kühler, wird eine Verlustleistung erzeugt, welche die letztendlich zur Unterstützung des Fahrers notwendige Lenkleistung um ein Vielfaches übersteigt. Insbesondere beim Lenken gegen die mechanischen Endanschläge der Zahnstange, die die Verschiebebeweglichkeit der Zahnstange und damit die Verschwenkbarkeit der Räder begrenzen, wird besonders viel hydraulische Leistung verbraucht, welche zu einer Erhöhung der Temperatur des Hydraulikmediums sowie zur bereits genannten Erhöhung des Kraftstoffverbrauches des Kraftfahrzeugs führt, nachdem dessen Antriebsaggregat direkt oder indirekt die Hydraulikpumpe zur Förderung des die Lenkunterstützung liefernden Hydraulikmediums antreibt. Ferner ist es bei den bekannten Systemen möglich, durch Halten der Lenkung am Endanschlag die Hydraulikpumpe zu überhitzen und zu zerstören. Auch wird das dabei von der Pumpe abgegebene Geräusch („Heulen") als unangenehm empfunden. Auch sind die meist an der Zahnstange und an dem die Zahnstange verschiebbar lagernden Lenkungsgehäuse vorgesehenen Endanschläge nachteilig so stabil auszulegen, dass Sie der Beanspruchung dauerhaft standhalten.
Es besteht daher das allgemeine Bestreben, die Verluste des hydraulischen Systems zu verringern . Unter der Prämisse Kraftstoff zu sparen, besteht ferner die Absicht, die Fahrzeugkomponenten leichter und/oder kleiner ausbilden zu können.
Vor dem Hintergrund der Nachteile des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulisches Servo- Lenksystems hinsichtlich Gewicht, Zuverlässigkeit, Geräusch und/oder Wirkungsgrad zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie den nebengeordneten Vorrichtungsanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für ein hydraulisches Servo- Lenksystem sieht vor, dass ein die Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe einleitender Lenkzylinder über ein Lenkventil, dessen Lenkventilöffnung die Unterstützungskraft vorgibt, in einen Hydraulikkreis eingebunden ist. Der Hydraulikkreis wird mittels einer Hydraulikpumpe gespeist, die das Hydraulikfluid mit Druck beaufschlagt, um eine Zirkulation zu bewirken. Erfindungsgemäß sind ferner Mittel zur Detektion der Stellung des Lenkgetriebes vorgesehen, mit denen eben diese Stellung detektiert werden kann. Derartige Mittel umfassen nicht nur Mittel die eine Detektion dieser Stellung unmittelbar am Lenkgetriebe, wie der Zahnstange vornehmen, sondern auch die Stellung indirekt detektieren, also an Komponenten die sich relativ mit der Zahnstange bewegen. Bevorzugt handelt es sich um einen Lenkwinkelsensor, der beispielsweise den Einschlagwinkel des Lenkrades an der Lenkstange detektiert. Es ist ferner denkbar, den Lenkwinkel an der Verschwenkbewegung bzw. -Stellung eines durch die Zahnstange angetriebenen Achsschenkels zu detektieren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Unterstützungskraft bei wenigstens einer vorgegebenen Stellung des Lenkgetriebes, beispielsweise der Zahnstange, gesenkt wird. Darunter ist zu verstehen, dass eine stellungsabhängige Beeinflussung des Lenksystems erfolgt, die in einer Reduzierung der Unterstützungskraft gegenüber dem unbeeinflussten Lenksystem resultiert. Dies geschieht beispielsweise unter anderem mittels einer Steuereinheit die Stellungsdetektion ausgewertet und eine Senkung der Unterstützungskraft bewirkt.
Dadurch kann stellungsabhängig der Wirkungsgrad und damit die Gesamtenergiebilanz des hydraulischen Systems verbessert werden. Bevorzugt sind zwei den jeweiligen Endstellungen der Zahnstange zugeordnete, vorgegebene Stellungen vorgesehen. Die Stellungen können, müssen aber nicht zwangsläufig gleich sein müssen . Dadurch, dass bestimmungsgemäß die Unterstützungskraft an den Endstellungen gesenkt wird, sind die mechanischen Anforderungen an die Anschlagseinrichtungen, die die Relativverschiebung zwischen Zahnstange und Lenkungsgehäuse begrenzen, geringer. Es kann Gewicht bei dem Gesamtsystem eingespart werden und damit Kraftstoff bei dem so ausgerüsteten Kraftfahrzeug eingespart werden. Ferner kann ein die Pumpe vor Überbelastung bei Erreichen der Endanschläge schützendes Überdruckventil vorteilhaft entfallen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der von der Hydraulikpumpe geförderte Volumenstrom verstellt bzw. eingestellt werden, wobei dies an der Pumpe selbst oder einem nachgeschalteten Ventil geregelt werden kann. Beispielsweise erfolgt die Verstellung elektromechanisch, elektrohydraulisch oder hydraulisch. Der Begriff regulierbar ist weit auszulegen und umfasst die Möglichkeit, dass die Hydraulikpumpe jedoch auch zwischen zwei oder mehr Förderstufen mit unterschiedlichem Förder-Volumenstrom schaltbar ist. Eine regelbare Hydraulikpumpe im Sinne der Erfindung kann auch vom Antriebsaggregat des Fahrzeugs über eine regelbare Kupplung angetrieben werden . Erfindungsgemäß wird bei Erreichen der vorbestimmten Stellung das Fördervolumen gesenkt. Dadurch wird der Geräuschpegel gesenkt und insbesondere an den Endstellungen der Zahnstange die Belastung der Hydraulikpumpe vermindert. Dadurch werden die Komponenten des Hydraulikkreises geschont. Aufgrund der einfachen Regulierbarkeit wird die Hydraulikpumpe bevorzugt elektromotorisch angetrieben.
Das Lenkventil bewirkt das Einstellen der Unterstützungskraft durch Variation einer Lenkventilöffnung des Lenkventils und damit in direkter Abhängigkeit eines an einem Lenkrad anliegenden Lenkmoments. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Lenkventil ein Ventil mit offener Mitte. Ein großer Vorteil von Lenkhilfesystemen mit offener Mitte (und einem konstanten Volumenstrom) ist die ausgezeichnete Regelbarkeit des Lenkdifferenzdruckes im Lenkzylinder. Dies beruht auf der Tatsache, dass sich bei relativ großen Verstellwegen des Lenkventils der hydraulische Volumenstrom im Lenkhilfesystem kontinuierlich und ohne sprunghafte Änderungen des Durchflusses einstellen lässt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist gleichzeitig und zusätzlich das Verhältnis zwischen Lenkventilöffnung und anliegendem Lenkmoment damit die Ventilcharakteristik (auch „Boost-Kurve" genannt) des Lenkventils durch einen Aktuator modulierbar. Derartige Lenkventile sind beispielsweise aus der DE 102007028529 AI, der EP 1514766 AI und der DE 102004015991A1 bekannt und wurden unter dem Begriff „Momentenüberlagerung" entwickelt, um die Funktionalität der hydraulischen Lenkung im Hinblick auf automatisches Einparken und Spurhaltefunktionen zu erweitern. Während bei herkömmlichen Lenkventilen die Lenkventilöffnung und damit die einsetzende Lenkunterstützung in direktem Zusammenhang zu dem am Lenkrad aufgebrachten Lenkmoment steht, ist hier eine zusätzliche überlagerte Verstellung durch einen Aktuator ermöglicht. Beispielsweise sind bei einer herkömmlichen Lenkung die mit der Zahnstange in Eingriff stehende Ritzelwelle und die Ventilhülse fest miteinander verbunden, während bei diesen erfindungsgemäßen Ventilen beispielsweise eine durch den Aktuator bewirkte Relativbewegung ermöglicht ist. Hierzu gibt es verschiedene, dem Fachmann geläufige, technische Ansätze.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Lenkventil ein Planetengetriebe zur Modulierung der Ventilcharakteristik durch den Aktuator auf. Derartige Lenkventile zeichnen sich durch eine besonders schnelle und präzise Verstellbarkeit der Ventilcharakteristik aus. Ein derartiges Lenkventil ist aus der DE 102004049686 AI bekannt. Noch bevorzugter ist die in der DE 102009029532 AI beschriebene Ausgestaltung, die insbesondere hierin vollumfänglich durch Bezugnahme umfasst ist. Der Aktuator ist beispielsweise ein Schrittmotor oder ein Servomotor.
Erfindungsgemäß wird diese Funktionalität der Momentenüberlagerung eben nicht oder eben nicht nur für ein aktives Lenken sondern nun dazu genutzt, der Unterstützungskraft zahnstangenstellungsabhängig zu reduzieren. Dies kann ohne aber auch zusätzlich zur Absenkung des Förder-Volumens der Hydraulikpumpe erfolgen. Neben den zuvor genannten Vorteilen kann so ein ruhigeres Ansprechverhalten der Lenkung über den gesamten Lenkbereich erreicht werden.
Bevorzugt erfolgt die Absenkung der Unterstützungskraft nicht nur bei Erreichen einer vorgegebenen Stellung, sondern sie erfolgt schon vorher mit Annäherung an die wenigstens eine vorgegebene Stellung kontinuierlich. Dadurch wird ein als besonders angenehm wahrgenommenes Lenkverhalten erreicht. Insbesondere wird bei hohen Lenkwinkelgeschwindigkeiten erreicht, dass mit Erreichen der vorgegebenen Stellung die Unterstützungskraft gesenkt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Lenkgeschwindigkeit ermittelt und in Abhängigkeit dieser Geschwindigkeit die Annäherungsgrenze an die vorbestimmte Stellung festgelegt, bei der Absenkung die Unterstützungskraft einsetzt und/oder die Stärke der kontinuierlichen Absenkung festgelegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Variation der Unterstützungskraft nicht nur stellungsabhängig, sondern auch als Funktion des Lenkmomentes darstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Unterstützungskraftabsenkung mit Entfernung der Zahnstange von der wenigstens einen vorgegebenen Stellung wenigstens abschnittsweise kontinuierlich wieder zurückgenommen. Beispielsweise kann die Rücknahme bei gleicher Änderung des Lenkwinkels stärker sein, als bei der zuvor beschriebenen kontinuierlichen Absenkung, um schneller die unbeeinflusste Unterstützungskraft zu erreichen .
Die Stellungsdetektion kann auch dazu genutzt werden, die Absenkung zu variieren. Beispielsweise wird bei einer Entfernungsbewegung von der vorgegebenen Stellung und einem Wechsel in eine Annäherungsbewegung vor dem Überschreiten der Annäherungsgrenze eine stärkere Absenkung der Unterstützungskraft gewählt, als sie bei einer Annäherung aus einer Stellung jenseits der Annäherungsgrenze gewählt wäre.
Die Erfindung betrifft ferner ein hydraulisches Servo-Lenksystem zur Durchführung des Betriebsverfahrens in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, welches Folgendes aufweist: einen Hydraulikkreis, ein in den Hydraulikkreis eingebundener, eine Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe einleitender Lenkzylinder, ein in den Hydraulikkreis eingebundenes Lenkventil, das die Unterstützungskraft in Abhängigkeit eines an einem Lenkrad anliegenden Lenkmoments einstellt, sowie eine Hydraulikpumpe, die den Hydraulikkreis speist, wobei die Hydraulikpumpe hinsichtlich ihres Förder-Volumenstroms regulierbar ist und/oder die Ventilcharakteristik des Lenkventils durch einen Aktuator zusätzlich modulierbar ist, und Mittel zur Detektion der Stellung der Zahnstange. Das erfindungsgemäße Servo-Lenksystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die ausgelegt ist, dass die Unterstützungskraft bei wenigstens einer vorgegebenen Stellung der Zahnstange durch Absenken des Fördervolumens der Hydraulikpumpe und/oder Modulation der Ventilcharakteristik abgesenkt wird .
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch :
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen, hydraulischen Servo-Lenksystems.
Figur 2 eine Darstellung der stellungsabhängigen Absenkung der Unterstützungskraft.
Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen, hydraulischen Servo-Lenksystem 1. Es handelt sich um ein sogenanntes offenes hydraulisches System. Die nicht dargestellten Räder werden über eine verschiebbare Zahnstange 9 verschwenkt. Die Verschiebung der Zahnstange 9 wird durch Verstellen eines Lenkrades 2 bewirkt, das über eine Lenkstange 10, auch Lenkspindel genannt, in Eingriff mit der Zahnstange 9 steht. Ein lediglich schematisch angedeuteter Lenkzylinder 18 bewirkt in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoments eine Unterstützungskraft in die jeweilige Lenkrichtung. Der Lenkzylinder 18 wird dazu mit hydraulischem Druck eines Hydraulikkreises 3 beaufschlagt. Der Hydraulikkreis 3 umfasst einen Vorratsbehälter 4, eine Hydraulikpumpe 7, ein Überdruckventil 5, einen regelbaren Bypass 6 sowie ein Lenkventil 8. Das Lenkventil 8 dient der Einstellung der Unterstützungskraft in Abhängigkeit des vom Fahrer am Lenkrad 2 angelegten Lenkmoments. In der gezeigten Ausführungsform ist das Lenkventil 8 bezüglich seiner Ventilcharakteristik mittels eines elektromotorischen Aktuator 16 regelbar und damit ist die Unterstützungskraft durch den Aktuator 16 modulierbar. Gleichzeitig ist der von der Hydraulikpumpe erzeugte Volumenstrom des Hydraulikkreises in Richtung Lenkventil 8 durch ein elektrisch verstellbares Bypassventil 6 regulierbar. Das Bypassventil 6 und der Aktuator 16 werden durch eine Steuereinheit 11 angesteuert. Die Steuereinheit 11 erhält ferner Messwerte von einem Lenkwinkelsensor 15 und einem Momentsensor 17. Die Steuereinheit wird von einer Fahrzeugspannungsversorgung 13 gespeist und wird über das Zündspannungssignal 14 ein- bzw. ausgeschaltet. Über ein Bussystem 12 (beispielsweise CAN-Bus) kommuniziert die Steuereinheit 11 mit weiterer nicht dargestellter Fahrzeugelektronik beispielsweise der Motorsteuerung und erhält beispielsweise Information betreffend die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit. Von dem Lenkwinkelsensor 15 erhält das Steuersystem die Stellungsinformation der Zahnstange 9. Bei Annäherung an die beiden Endstellungen der Zahnstange wird mittels Verstellung der Ventilcharakteristik des Lenkventils 8 durch den Aktuator 16 und/oder durch Absenkung des Fördervolumens durch Verstellung des Bypassventils 6 die Unterstützungskraft abgesenkt. Damit werden die Belastungen der Komponenten beim Anschlagen der Zahnstange 9 bei Erreichen ihrer Endstellungen beispielsweise an das Lenkungsgehäuse minimiert. Das bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform gezeigte Überdruckventil 5, welches die Pumpe 7 vor Überlastung schonen soll, wenn die Zahnstange 9 gegen den jeweiligen Anschlag verschoben wird, kann vorteilhaft entfallen.
In Fig. 2 wird am Beispiel der Beeinflussung d.h. der Verstellung der Ventilcharakteristik des Lenkventils 8 die erfindungsgemäße Vorgehensweise erläutert. Es ist die Beeinflussung dieser Ventilcharakteristik des Lenkventils in Abhängigkeit des Lenkwinkels dargestellt. Beispielsweise bemisst sich der Beeinflussungsgrad mit dem Maß der Relativverdrehung der Lenkventilhülse. Es dürfte dem Fachmann klar sein, dass in Abhängigkeit des anliegenden Lenkmoments die Unterstützungskraft variieren kann und hier nur der lenkwinkelabhängige Grad der Beeinflussung dieser Unterstützungskraft dargestellt ist. Die Nulllage definiert die Unterstützungskraft zum Zeitpunkt des Aktivwerdens der beschriebenen Funktionalität. Hierbei können aber durchaus bereits andere Funktionalitäten aktiv sein, welche sich entweder der Variation der Unterstützungskraft des Lenkventiles durch den Aktuator und/oder der Hydraulikpumpe bedienen. Prinzipiell wird aber davon ausgegangen, dass in der Nulllage keine Beeinflussung vorgesehen und die Unterstützungskraft nur durch das Lenkventil und gegebenenfalls durch den Volumenstrom der Hydraulikpumpe eingestellt wird. Der maximale Lenkwinkel wird durch die vorgegebene Endstellung der Zahnstange vorgegeben. Mit größer werdendem Lenkwinkel und bei Überschreiten einer Annäherungsgrenze nimmt die durch den Aktuator bewirkte Verstellung des Lenkventils und damit der Grad der Lenkventilbeeinflussung linear oder progressiv oder degressiv zu, um eine Abnahme der Unterstützungskraft gegenüber einem unverstellten Lenkventil zu bewirken, siehe Kurve 1. Bei der umgekehrten Lenkbewegung, weg von der vorgegebenen Endstellung, wird nach einem Abschnitt mit unveränderter Lenkventileinstellung (Darstellung einer Hysterese um z. B. einen „Gummibandeffekt" zu vermeiden) die Lenkventilcharakteristik besonders schnell hin zu ihrer Nulllage zurückverstellt, um schon vor der Annäherungsgrenze den unbeeinflussten Zustand, also die Nulllage, zu erreichen, siehe Kurve 2. Bei einer Entfernungsbewegung von der vorgegebenen Endstellung und einem Wechsel in eine Annäherungsbewegung vor dem Überschreiten der Annäherungsgrenze ist eine starke Absenkung der Unterstützungskraft und damit eine größerer Verstellgrad der Ventilcharakteristik in Abhängigkeit des Lenkwinkels vorgesehen, als sie bei einer Annäherung aus einer Stellung jenseits der Annäherungsgrenze vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für ein hydraulisches Servo-Lenksystem, bei dem ein die Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe einleitender Lenkzylinder über ein Lenkventil, dessen Lenkventilöffnung in Abhängigkeit eines an einem Lenkrad anliegenden Lenkmoments die Unterstützungskraft vorgibt, in einen Hydraulikkreis eingebunden ist, und der Hydraulikkreis von einer Hydraulikpumpe gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass ferner die Stellung des Lenkgetriebes, beispielsweise der Zahnstange, detektiert wird und die Unterstützungskraft bei wenigstens einer vorgegebenen Stellung des Lenkgetriebes abgesenkt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Förder-Volumenstrom der Hydraulikpumpe regulierbar ist und die stellungsabhängige Absenkung der Unterstützungskraft durch eine Absenkung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe bewirkt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilcharakteristik des Lenkventils durch einen Aktuator modulierbar ist und dass die Absenkung der Unterstützungskraft durch Modulierung der Ventilcharakteristik mittels des Aktuators bewirkt wird.
4. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei den jeweiligen Endstellungen der Zahnstange zugeordnete, vorgegebene Stellungen vorgesehen sind.
5. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung der Unterstützungskraft mit Annäherung wenigstens ab Überschreiten einer Annäherungsgrenze an die wenigstens eine vorgegebene Stellung kontinuierlich abgesenkt wird.
6. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsgrenze und/oder die Stärke der kontinuierlichen Absenkung der Unterstützungskraft bei Annäherung an die wenigstens eine vorgegebene Stellung in Abhängigkeit der Lenkwinkelgeschwindigkeit erfolgt.
7. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Unterstützungskraft als Funktion des Lenkmoments darstellbar ist.
8. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Absenkung der Unterstützungskraft mit Entfernung der Zahnstange von der wenigstens einen vorgegebenen Stellung wenigstens abschnittsweise kontinuierlich zurückgenommen wird.
9. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Zahnstange mit einem Lenkwinkelsensor detektiert wird.
10. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkventil ein Planetengetriebe zur Modulierung der Ventilcharakteristik durch den Aktuator aufweist.
11. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe elektromotorisch angetrieben wird .
12. Betriebsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein elektromechanischer Aktuator, beispielsweise ein Schrittmotor oder ein Servomotor ist.
13. Hydraulisches Servo- Lenksystem (1) zur Durchführung des Betriebsverfahrens gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, aufweisend : ein Lenkgetriebe (9), einen Hydraulikkreis (3), einen in den Hydraulikkreis (3) eingebundenen, eine Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe einleitenden Lenkzylinder (18), ein in den Hydraulikkreis (3) eingebundenes Lenkventil (8), das die Unterstützungskraft in Abhängigkeit eines an einem Lenkrad (2) anliegenden Lenkmoments einstellt, sowie eine Hydraulikpumpe (6, 7), die den Hydraulikkreis (3) speist, wobei die Hydraulikpumpe (6, 7) hinsichtlich ihres Förder-Volumenstroms regulierbar ist und/oder die Ventilcharakteristik des Lenkventils (8) durch einen Aktuator (16) zusätzlich modulierbar ist, und Mittel (15) zur Detektion der Stellung der Lenkgetriebes (9), gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (11) die ausgelegt ist, dass die Unterstützungskraft bei wenigstens einer vorgegebenen Stellung der durch Absenken des Fördervolumens der Hydraulikpumpe (6, 7) und/oder Modulation der Ventilcharakteristik abgesenkt wird.
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