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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betreiben einer Servolenkeinrichtung sowie eine Vorrichtung
dafür gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
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Es ist bekannt, Lenkkräfte geschwindigkeitsabhängig zu
verändern.
Eine Möglichkeit
dazu besteht in der Verwendung von Proportionalventilen und komplizierter
Rückwirktechnik.
Eine weitere Möglichkeit
besteht in der Regelung des Förderstromes
der Lenkhelfpumpe als Funktion der Fahrgeschwindigkeit. Ein solches
System ist im Buch von Helmut Stoll „Fahrwerktechnik: Lenkanlagen
und Hilfskraftlenkungen",
Herausgeber Prof. Jörnsen Reimpell,
Vogel Verlag, Würzburg,
1992, auf den Seiten 238 bis 242 beschrieben. Dort wird zur Veränderung
des Förderstroms
des Hydraulikmediums eine Lenkhelfpumpe mit einem elektrischen Regelventil als
Stellglied und ein elektronisches Steuergerät eingesetzt, in dem die Verarbeitung
eines Geschwindigkeitssignals erfolgt. Optional wird vorgeschlagen,
zusätzlich
den Lenkradwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit zu berücksichtigen,
um auf einen abrupten Anstieg des Lenkradmoments beim „Anreißen" des Lenkrads mit
einem Anheben des Förderstroms
reagieren zu können.
Die am Lenkrad aufzubringenden Kräfte nehmen mit größer werdendem Förderstrom
der Lenkhelfpumpe ab und nehmen umgekehrt mit abnehmendem Förderstrom
zu. Die elektronische Steuerung ermöglicht es dabei, den Verlauf des Lenkradmoments
innerhalb der minimalen und maximalen Grenzen vorzugeben. Die Regelung
des Förderstroms
des Hydraulikmediums erfolgt über
das Regelventil. In dem Regelventil wird fahrgeschwindigkeitsabhängig der
Strömungsquerschnitt
verengt, so dass nur ein Teil des Förderstroms des Hydraulikmediums
in den eigentlichen Hydraulikkreislauf und damit zum Lenkventil
gelangt, während
der andere Teil über
eine Bypass-Leitung direkt zur Niederdruckseite der Hydraulikpumpe
gelangt.
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Das Lenkventil, das einen üblichen,
nicht-parametrierbaren Lenkventil entspricht, erhält eine
spezielle Abstimmung, so dass bei einer Variation des Fördervolumens
zwischen etwa 2 l/min und 14 l/min eine Kennlinienschar des Lenkradmoments
als Funktion des Öldrucks
zur Verfügung
steht, die annähernd parallel
verlaufen und mit zunehmendem Förderstrom
dichter zusammenrücken.
Dies resultiert in einer leider nur geringen Beeinflussung des Lenkradmoments
im Parkierbereich. Verglichen mit einer üblichen Standardkennlinie eines
Lenkventils mit einem typischen Fördervolumen von beispielsweise
7,6 l/min und einem Öldruck
von 60 bar lässt
sich das Lenkradmoment im Parkierbereich allerdings nur um 10% reduzieren.
Eine Anhebung des Förderstromes würde nur
wenig verbessern, sondern im wesentlichen eine Parallelverschiebung
der Kennlinien bewirken.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine größere Reduktion
des Lenkradmoments im Parkierbereich möglich ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der Vorrichtung lässt
sich eine Spreizung des Lenkradmoments zwischen Fahrbereich und
Parkierbereich von mindestens 1,4 erreichen, was eine deutliche
Komfortsteigerung bedeutet. Das Lenkradmoment im Parkierbereich
ist deutlich verringert.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen
der Erfindung sind der Beschreibung und den weiteren Ansprüchen zu
entnehmen. Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine
bevorzugte Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens,
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2 eine
Kennlinie entsprechend einer konventionellen Parameterlenkung und
eine Kennlinie aus einer Kennlinienschar gemäß der Erfindung,
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3 schematisch
ein Reibelement im Ölstrom
zwischen Steuerbuchse und Drehschieber,
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4 schematisch
mögliche
Positionen eines Reibelements in Bezug auf Steuernuten des Lenkventils,
und
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5 Beispiele
einer Lenkunterstützungskennlinie
im Fahrbereich D und im Parkierbereich S mit und ohne Reibelement.
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1 zeigt
schematisch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist. Eine Fördereinrichtung 10 ist
in einem Hydraulikkreislauf 2 angeordnet und führt ein Hydraulikmedium über eine
Zuleitung 3 zu einem Lenkventil 20 und von dort über eine
Rückleitung 4 in einem
Tank 6 zurück.
Das Lenkventil 20 beaufschlagt einen Servomotor 12 in
an sich bekannter Weise mit dem Hydraulikmedium, um eine Lenkunterstützung zu
bewirken, etwa beim Drehen eines mit dem Lenkventil 20 verbundenen
Lenkrads 25. Eine Fahrgeschwindigkeit eines mit der Vorrichtung
ausgestatteten Fahrzeugs wird mit einem Geschwindigkeitsmesser 18 erfasst.
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Die Fördervorrichtung 10 umfasst
eine Lenkhelfpumpe 11, insbesondere eine Flügelzellenpumpe,
ein übliches Überdruckventil 15 in
der Zuleitung 3 auf der Hochdruckseite der Lenkhelfpumpe 11,
welches über
eine Rückströmleitung 14 mit
dem Tank 6 verbunden ist, sowie ein Regelelement 12,
welches durch eine Verbindungsleitung 13 mit der Rückströmleitung 14 verbunden
ist. Das Regelelement 12 ist durch ein Steuergerät 7 so
ansteuerbar, dass immer ein Förderstrom
des Hydraulikmediums umgewälzt wird,
jedoch abhängig
von einer Fahrgeschwindigkeit, einem Lenkradwinkel und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit
ein Strömungsquerschnitt
der Lenkhelfpumpe 11 verändert wird. Vorzugsweise wird
dabei der Förderstrom
F der Lenkhelfpumpe 11 zwischen etwa 1,0 l/min und 15 l/min,
bevorzugt zwischen 1,5 l/min und 10 l/min, besonders bevorzugt zwischen
2 l/min und 9 l/min, variiert. Die Fördermengen sind relativ gering,
was nur eine relativ kleine Pumpe erfordert und daher eine sehr
platzsparende Einbauweise ermöglicht.
Das nicht in den Hydraulikkreislauf 2 geförderte Hydraulikmedium
gelangt über die
Verbindungsleitung 13 auf die Niederdruckseite der Lenkhelfpumpe 11.
Zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit und des Lenkradwinkels bzw.
der Lenkwinkelgeschwindigkeit ist ein Fahrgeschwindigkeitsmesser 19 und
ein Lenkradwinkelsensor 17 vorgesehen, die über einen
CAN-Datenbus 8 mit dem Steuergerät 7 verbunden sind.
In dem Steuergerät 7, das
auch in einem üblichen
Motorsteuergerät
integriert sein kann, ist vorzugsweise ein Kennfeld der Lenkwinkelgeschwindigkeit
als Funktion der Fahrgeschwindigkeit und ein Kennfeld des Lenkradwinkels als
Funktion der Fahrgeschwindigkeit abgelegt oder zumindest zugänglich.
In den Kennfeldern sind vorgegebenen Wertepaaren von Fahrgeschwindigkeit und
Lenkwinkelgeschwindigkeit bzw. Fahrgeschwindigkeit und Lenkradwinkel
bestimmte Werte der Lenkkraftunterstützung zugeordnet.
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Die Ansteuerung der Lenkhelfpumpe 11 und damit
die Änderung
der Lenkkraftunterstützung
erfolgt je nach Fahrzustand und Lenkanforderung durch einen Fahrer
aus den genannten Kennfeldern. Eine Änderung der Lenkkraftunterstützung erfolgt,
indem abhängig
von Betriebsparametern des Fahrzeugs je ein Wert der Lenkkraftunterstützung aus fahrgeschwindigkeitsabhängigen Kennfeldern
der Lenkwinkelgeschwindigkeit und des Lenkradwinkels entnommen wird
und das Regelelement 12 den Förderstrom entsprechend dem
größeren der
beiden Werte einstellt. Damit ist sichergestellt, dass jeweils das
richtige Kennfeld zum Einsatz kommt. Der Förderstrom des Hydraulikmediums
in den Hydraulikkreis 2 wird durch Eingriff des Regelelements 12 entsprechend
angehoben oder abgesenkt.
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Das Lenkventil 20 weist
Steuerkanten auf, welche durch ihre Geometrie den Verlauf einer
Ventilkennlinie wesentlich prägen.
Die Geometrie der Steuerkanten ist so angepasst, dass sich ein im
wesentlichen V-förmiger
Verlauf des Lenkradmoments M über
dem Druck p ergibt. Abhängig
von einem jeweils eingestellten Förderstrom F der Lenkhelfpumpe 11 ergibt
sich ein Verlauf des Lenkradmoments M als Funktion des Drucks p
des Hydraulikmediums in der Zuleitung 3, so dass sich insgesamt
eine Kennlinienschar M(p, F) statt einer einzigen Ventilkennlinie
ergibt, die für
verschiedene Förderströme F im
wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
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2 zeigt
einen Vergleich einer üblichen einzigen
Ventilkennlinie VA (gestrichelt) eines üblichen
nichtparametrierbaren Lenkventils 20 und einer einzelnen
Kennlinie M(p, F1) aus einer Kennlinienschar
M(p, F) der bevorzugten Vorrichtung, wobei F1 für einen gegebenen Wert des
Förderstroms
F steht. Die Vorrichtung umfasst ein Lenkventil 20, welches so
modifiziert wurde, dass eine vorgegebener Verlauf der Kennlinienschar
M(p, F) erreicht wird.
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Auf der y-Achse ist das Lenkradmoment
M aufgetragen, auf der x-Achse der Druck p des Hydraulikmediums.
Bei der Modifikation werden die Steuerkanten des Lenkventils 20 und/oder
der Durchmesser eines Drehstabs, welcher üblicherweise Steuerbuchse 21 und
Drehschieber 22 des Lenkventils 20 miteinander
verbindet, so verändert,
dass sich eine im wesentlichen V-förmige Kennlinie M(p, F1) bzw. Kennlinienschar M(p, F) ergibt, während die sich
die Standardkennlinie VA durch einen im
wesentlichen U-förmigen
Verlauf auszeichnet.
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Die Einstellung eines fahrgeschwindigkeitsabhängigen Förderstroms
F durch das Regelelement 12 bei einer nichtparametrierbaren
Lenkhelfpumpe 11 und einem an sich üblichen, nichtparametrierbaren
Lenkventil 20 ermöglicht
die Darstellung einer vereinfachten Parameterlenkung, ohne eine
Verstellpumpe einzusetzen und ohne ein spezielles Parameterlenkventil
einzusetzen, welches aufwändig
und teuer ist.
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Besonders bevorzugt weist die Ventilkennlinie
bzw. Kennlinienschar M(p, F) oberhalb eines niedrigen Drucks p1 von höchstens
20 bar, insbesondere oberhalb von etwa 8 bar, einen im wesentlichen linearen,
bevorzugt möglichst
linearen Verlauf auf.
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Dadurch kann eine relativ große Spreizung des
Lenkradmoments zwischen einer Kennlinie M(p, F) mit niedrigem Förderstrom
F und einer Kennlinie M(p, F) mit hohem Förderstrom F erreicht werden. Eine
Kennlinie M(p, F) mit niedrigem Förderstrom F entspricht einer
Lenkhilfe im Fahrbetrieb, eine Kennlinie M(p, F) mit hohem Förderstrom
F entspricht einer Lenkhilfe bei Parkierbetrieb, wenn eine möglichst hohe
Lenkunterstützung
gefordert ist. Die Steigung der Geraden wird durch die Geometrie
der Steuerkanten, insbesondere der Steuerfasen, und dem Durchmesser
des Drehstabes bestimmt und kann für verschiedene Fahrzeuge und
einer dort verwendeten Achse entsprechend ausgelegt werden. Vorzugsweise
wird die Geometrie so ausgelegt, dass eine Steigung der Kennlinie
M(p, F) im linearen oder annähernd
linearen Bereich von mindestens 15 bar/Nm, vorzugsweise mindestens
20 bar/Nm, erreicht wird. Vorzugsweise ist der Bereich zwischen
den Werten, die bei einem Fahrbetrieb und den Werten, die bei einem
Parkierbetrieb eingestellt werden, im wesentlichen linear.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung wird ein zusätzlicher
mechanischer Widerstand, etwa eine Reibungskraft, zwischen einem
Drehschieber 22 und einer Steuerbuchse 21 des
Lenkventils 20 abhängig
vom Druck p des Hydraulikmediums eingestellt. Dazu wird vorzugsweise
ein Reibelement 30 zwischen der Steuerbuchse 21 und
dem Drehschieber 22 des Lenkventils 20 angeordnet.
Dies ist in 3 gezeigt.
Das Reibelement 30 ist vorzugsweise axial zu den Steuerkanten versetzt
angeordnet und kann vor diesen oder hinter diesen angeordnet sein,
wobei die Anströmseite
des Reibelements 30 der Hochdruckseite des Lenkventils 20 bzw.
der Zuleitung 3 des Hydraulikkreislaufs 2 zugewandt
ist und die Rückseite
der Niederdruckseite, bzw. der Rückleitung 4 des
Hydraulikkreislaufs 2. Im Ruhezustand ist das Reibelement 30 mit
seiner Anströmseite
in Kontakt mit je einer Kontaktfläche von Steuerbuchse 21 und
Drehschieber 22. Drehschieber 22 und Steuerbuchse 21 sind
gegeneinander um eine Drehachse A verdrehbar, so dass das Reibelement 30 eine
Drehung der beiden gegeneinander behindert. Das Reibelement 30 kann
eine Ringscheibe sein, die elastisch mit Rückstellelementen 31 gegen das
anströmende
Hydraulikmedium gedrückt
wird oder ein Ringsegment, das an der betreffenden Stelle des Lenkventils 20 eingelegt
ist, oder dergleichen. Die Rückstellelemente 31 können z.B.
ein Elastomerkörper
und/oder eine Feder sein.
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Das Reibelement 30 weist
eine druckabhängige
Reibungskraft auf. Bei kleinen Drücken p ist das Reibelement 30 mit
seiner Anströmseite
im wesentlichen in Kontakt mit Steuerbuchse 21 und Drehschieber 22 und
setzt einer Bewegung der beiden gegeneinander einen Widerstand entgegen.
Dadurch wird das Lenkradmoment M erhöht, was im Fahrbetrieb wünschenswert
ist.
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Steigt der Druck p, so wird die Reibung,
d.h. der mechanische Widerstand, des Reibelements 30 geringer,
da es sich in Strömungsrichtung
(durch einen Pfeil gekennzeichnet) abheben kann. Ab einem gegebenen
Druck p2 wird die Reibung reduziert, vorzugsweise
kontinuierlich reduziert. Vorzugsweise entspricht der zweite Druck
P2 dem 1,5-fachen des ersten Werts P1.
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Der Ausschnitt in 4 zeigt ein Detail eines nicht näher beschriebenen
Lenkventils 20. Die Steuerbuchse 21 umgibt den
Drehschieber 22 und ist um diesen und um die Achse A drehbar.
Das Hydraulikmedium gelangt über
die Zuleitung 3 in das Lenkventil 20, von dort
in die Steuernut 23 und von dort in die Rückleitung 4.
Das Reibelement 30 ist axial versetzt zur Steuernut 23 angeordnet
und kann oberhalb oder unterhalb der Steuernut 23 angeordnet
sein. Eine geeignete Positionen des Reibelements 30 ist
in der Figur beispielhaft durch einen Kreis angedeutet. Eine Seite
des Reibelements 30 ist mit der Hochdruckseite des Hydraulikkreislaufs 2,
die andere Seite mit der Niederdruckseite des Hydraulikkreislaufs 2 verbunden.
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5 zeigt
die Wirkung des Reibelements 30. Das Schaubild zeigt den
Vergleich von Ventilkennlinien W ohne Reibelement 30 mit
Ventilkennlinien R mit Reibelement 30. Statt der Kennlinienscharen
ist jeweils nur eine Kennlinie M(p, F) für hohen und niedrigen Förderstrom
F für den
Fahrbereich D und den Parkierbereich S angegeben. Es ist jeweils ein
Kennlinienpaar für
den Fahrbereich D mit und ohne Reibelement 30 (oberes Kurvenpaar)
und ein Kennlinienpaar für
den Parkierbereich mit und ohne Reibelement 30 (unteres
Kennlinienpaar) angegeben. Die beim Parkieren und im Fahrbetrieb
verfügbaren
Druck/Momentwerte sind durch Ellipsen gekennzeichnet.
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Das Lenkradmoment M steigt oberhalb
eines ersten, niedrigen Druckgrenzwerts p1 im
wesentlichen linear mit dem Druck p an. Der Druckgrenzwert p1 liegt vorzugsweise bei höchstens
20 bar, vorzugsweise bei höchstens
etwa 8 bar. Bei geringem Förderstrom
F ergibt sich die obere Kurve entsprechend dem Fahrbetrieb D. Für den Fahrbetrieb
D steht bei geringem Förderstrom
F und geringem Druck p ein relativ hohes Lenkradmoment M mit einer
geringen Lenkunterstützung
an. Mit Reibelement 30 ist das Lenkradmoment M im Fahrbereich
D höher
als ohne. Im Parkierbereich S ist das Lenkradmoment M geringer,
da durch den hohen Förderstrom
F eine hohe Lenkunterstützung
verfügbar
ist. Die beiden Kurven W, R ohne und mit Unterstützung des Reibelements 30 unterscheiden
sich im Parkierbereich S kaum. Die Lenkradmomentspreizung ist unter
Beibehaltung des bei hohem Druck p gewünschten Parkiermoments vergrößert. Das
Lenkradmoment M während
der Fahrt ist durch Zunahme der Reibung bei niedrigen Drücken p erweitert.
Weiterhin werden Vibrationen und Schwingungen, die vom Antriebsaggregat
des Fahrzeugs ausgehen, reduziert.