DE19724608B4

DE19724608B4 - Lenkhilfesystem

Info

Publication number: DE19724608B4
Application number: DE19724608A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Wahnschaffe; Rupert Bodisch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: DE19724608A1

Abstract

Hydraulisches Lenkhilfesystem mit offener Mitte, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkhilfepumpe (10) für eine Arbeitsflüssigkeit, insbesondere für Öl, einem Lenkgetriebe (12) eines Lenkaggregats (14), einem Arbeitsflüssigkeitskreislauf, der über wenigstens zwei Bohrungen (16, 18) in dem Lenkgetriebe (12) mit diesem verbunden ist, und wenigstens einem Drucksensor (20, 22), der ein Signal an eine Steuerelektronik (24) abgibt, welche ihrerseits die Lenkhilfepumpe (10) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (20, 22) im Arbeitsflüssigkeitskreislauf angeordnet ist und eine Bohrung (32; 34) aufweist, die direkt auf eine der Bohrungen (16, 18) im Lenkgetriebe (12) weist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Lenkhilfesystem mit offener Mitte nach dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Lenkhilfesystems mit offener Mitte nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
Hydraulische Lenkhilfesysteme sind beispielsweise aus dem Aufsatz "Hydraulik in Lenksystemen mit 2 oder 4 Rädern" von Henning Wallentowitz in O + P Oelhydraulik & Pneumatik 33 (1989), Heft 11, Seiten 878 bis 889 bekannt.
Derartige hydraulische Lenkhilfesysteme mit offener Mitte haben den Nachteil, daß die Lenkhilfepumpe auch bei stehender Lenkung, d. h. mit Lenkwinkelgeschwindigkeit Null den vollen Volumenstrom fördert. Dies führt zu einem erhöhten Energieverbrauch, obwohl in diesem Zustand für die Lenkung keine Hilfsenergie benötigt wird. Die Folge davon ist ein erhöhter Benzinverbrauch eines mit dieser Lenkhilfe ausgestatteten Kraftfahrzeugs.
Bei bekannten elektro-hydraulisch angetriebenen Lenkhilfen mit Leistungsregelung ist der Einsatz der Lenkhilfe oft zu hart.
Weiterhin ist aus der DE 43 35 390 A1 ein hydraulisches Lenkhilfesystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zum Zweck der Energieeinsparung die Leistungsaufnahme der Lenkhilfepumpe bedarfsabhängig gesteuert wird. In der DE 43 35 390 A1 werden hierzu verschiedene Konzepte vorgeschlagen. Eines besteht darin, mittels eines Drucksensors die Druckänderungen am Servoventil zu erfassen, sobald eine Auslenkung des Servoventils aus seiner Neutralstellungen erfolgt. Wo der Drucksensor konkret angeordnet werden soll, um diese Druckänderungen am Servoventil zu erfassen, ist der DE 43 35 390 A1 nicht genau zu entnehmen. Es steht jedoch zu vermuten, dass der Sensor im Bereich des Servoventils untergebracht werden soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe 1 zugrunde, bei einem hydraulischen Lenkhilfesystem einen hohen Bedienungskomfort zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hydraulisches Lenkhilfesystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst, sowie durch ein Verfahren zur Steuerung einer hydraulischen Lenkhilfe mit den Merkmalen von Patentanspruch 4.
Das Anordnen wenigstens eines Drucksensors in dem Arbeitsflüssigkeitskreislauf, wobei der/die Drucksensor(en) ein Signal an eine Steuerelektronik abgibt/abgeben, welche ihrerseits die Lenkhilfepumpe ansteuert hat den Vorteil, daß der Gesamtenergieverbrauch des Lenkhilfesystems vermindert ist.
Zudem weisen der bzw. die Drucksensoren Öffnungsbohrungen auf, die jeweils direkt auf die entsprechende Bohrung am Lenkgetriebe ausgerichtet sind. Dies führt zu einer schnelleren Wahrnehmung der Lenkbewegung und einem entsprechend schnelleren Hochfahren der Lenkhilfepumpe. Komforteinbußen, wie beispielsweise ein spürbar hoher Widerstand beim Lenkansatz, der plötzlich nachläßt, wenn die Lenkhilfepumpe den erforderlichen Volumenstrom fördert, sind vermieden.
Dadurch, daß im Arbeitsflüssigkeitskreislauf wenigstens zwei Drucksensoren angeordnet sind, wird in vorteilhafter Weise die Druckwelle aus zwei Bohrungen, insbesondere bei einem Lenkaggregat mit Außensteuerleitung und Innensteuerleitung, zur Steuerung der Lenkhilfepumpe berücksichtigt.
Die Ausführung der Drucksensoren als Druckschalter führt in vorteilhafter Weise zu einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung des Lenkhilfesystems.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Lenkhilfesystems umfasst insbesondere folgende Schritte:

(a) Sensieren des Druckes im Arbeitsflüssigkeitskreislauf den Bohrungen im Lenkgetriebe direkt gegenüberliegend,
(b) Feststellen, ob der gemessene Druck wenigstens einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt,
(c) Ansteuern der Lenkhilfepumpe derart, daß deren Leistung erhöht wird, wenn der gemessene Druck einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, und deren Leistung reduziert wird, wenn der gemessene Druck einen vorbestimmten Druck unterschreitet.

Dies hat den Vorteil, daß mit einfachen Schritten, der Gesamtenergieverbrauch des Lenkhilfesystems drastisch verringert ist.
Dadurch, daß das Drucksensieren von Schritt (a) nahe den Bohrungen im Lenkgetriebe erfolgt, erzielt man eine schnelleren Wahrnehmung der Lenkbewegung und einen entsprechend schnelleres Hochfahren der Lenkhilfepumpe. Komforteinbußen, wie beispielsweise ein spürbar hoher Widerstand beim Lenkansatz, der plötzlich nachläßt, wenn die Lenkhilfepumpe den erforderlichen Volumenstrom fördert, sind vermieden.
In vorteilhafter Weise werden die Schritte (a) bis (c) zyklisch wiederholt, so daß sich das System dem ständigen Wechsel der Arbeitsbedingungen im Betrieb anpaßt. Dadurch, daß in Schritt (b) mehrere Schwellwerte vorgesehen sind und in Schritt (c) die Lenkhilfepumpe für jeden Schwellwert unterschiedlich angesteuert wird, erzielt man in besonders vorteilhafter Weise ein sich besser an die momentanen Betriebsbedingungen anpassendes Lenkhilfesystem. Beispielsweise muß beim Lenken zum Einparken die Lenkhilfepumpe auf höherer Leistung gefahren werden, als dies bei Lenkbewegung bei hohen Geschwindigkeiten erforderlich ist. Im letzteren Fall wäre eine zu starke Lenkhilfe sogar störend bzw. gefährlich, da dies durch eine plötzliche und zu starke Lenkbewegung zu einem unkontrollierten Fahrzustand mit Unfallfolge führen kann.
In besonders vorteilhafter Weise sind die Schwellwerte nicht diskret sondern in Schritt (b) als eine kontinuierliche Schwellwertkurve vorgesehen und in Schritt (c) wird die Lenkhilfepumpe für jeden Punkt auf der Schwellwertkurve unterschiedlich angesteuert. Dies ermöglicht ein noch feineres Abstimmen der Leistung der Lenkhilfepumpe auf den momentanen Betriebszustand.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Lenkaggregats mit dem erfindungsgemäßen Lenkhilfesystem, und
2 eine Schemaansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkhilfesystems.
Wie in 1 dargestellt, hat ein Lenkaggregat 14 ein Lenkgetriebe 12, das über Bohrungen 16, 18 mit einem Arbeitsflüssigkeitskreislauf in Verbindung steht. Der Arbeitsflüssigkeitskreislauf wird von eine Lenkhilfepumpe 10 betrieben. Der Anschluß des Arbeitsmittelkreislaufes an die Bohrungen 16, 18 erfolgt über Hydraulikleitungen bzw. hydraulische Steuerleitungen 26, 28.
2 zeigt in schematischer Darstellung das Lenkgetriebe 12, in dem sich für eine Lenkbewegung eine Zahnstange 38 hin- und herbewegt. In dem Lenkgetriebe 12 unterstützt ein Hydraulikdruck die Bewegung der Zahnstange 38. Pfeile 40, 42 deuten in die Richtung, in die die Hydraulikleitungen 26, 28 zum Lenkventil verlaufen.
Wie sich insbesondere auch aus 2 ergibt, sind die jeweils an den Bohrungen 16, 18 liegenden Enden der Hydraulikleitungen 26, 28 T-förmig ausgebildet und es sind jeweils Drucksenoren 20, 22 derartig angeordnet, daß ihre Eingangsbohrungen 32, 34 weitgehend geradlinig auf die Bohrungen 16, 18 weisen.
Die Drucksensoren 20, 22 sind mit einer Steuerelektronik 24 verbunden (1), die ihrerseits über Steuerleitungen 30 mit der Lenkhilfepumpe 10 verbunden ist.
Im Ruhezustand, d. h. wenn keine Lenkbewegung erfolgt, sensieren die Drucksensoren 20, 22 einen Druck unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes. Anhand der Signale der Drucksensoren schaltet die Steuerelektronik 24 die Lenkhilfepumpe 10 auf eine niedrigere Leistung, beispielsweise 3–4 Ampere. Dies entspricht bei 6 Volt einer Leistung von 18 bis 24 Watt, insbesondere 21 Watt. Diese Leistung genügt, um den Arbeitsflüssigkeitskreislauf in Gang zu halten. Eine höhere Leistung ist nicht erforderlich, da mangels Lenkbewegung keine Lenkunterstützung erfolgen muß.
Erfolgt eine Lenkbewegung, so sensieren die Drucksensoren 20, 22 eine Druckwelle 36 (2) und geben entsprechende Signale an die Steuerelektronik 24 weiter. Diese schaltet dann aufgrund der Lenkanforderung die Lenkhilfepumpe 10 auf eine höher Leistung bzw. frei, d. h. insbesondere, daß die Lenkhilfepumpe über eine Relaisstufe direkt an eine Fahrzeugbatterie (direkt an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs) geschaltet wird. Die Pumpe läuft nun mit entsprechend höherer Leistung, beispielsweise 120 bis 200 Watt und stellt die erforderliche Energie für die Lenkhilfe über den hydraulischen Kreislauf zur Verfügung.
Sobald die Drucksensoren 20, 22 keine Lenkbewegung mehr sensieren, schaltet die Steuerelektronik 24 die Lenkhilfepumpe 10 wieder auf die niedrigere Leistung, d. h. sozusagen in einen Leerlaufzustand mit niedrigerem Energiebedarf.
Besondere Bedeutung kommt dabei der Anordnung der Drucksensoren 20, 22 zu. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen die Drucksensoren nahe am Lenkgetriebe anzuordnen. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, weisen die Bohrungen 32, 34 der Drucksensoren 20, 22 direkt auf die Bohrungen 16, 18 im Lenkgetriebe. Die somit erzielte verbesserte Aufnahme der Druckwelle 36 durch die Drucksensoren 20, 22 ermöglicht ein zügiges und von der Bedienungsperson nahezu nicht wahrzunehmendes Zuschalten bzw. Hochschalten der Lenkhilfepumpe 10 erst in dem Moment, in dem eine Lenkbewegung unterstützt werden muß.
Zum Herabsetzten der Leistung der Lenkhilfepumpe 10 versorgt die Steuerelektronik 24 diese mit getakteten Impulsen, so daß die Pumpe 10 im Leerlauf bei ca. 3 bis 4 Ampere gehalten wird.
Die Steuerelektronik selbst hat eine geringe Leistungsaufnahme von ca. 1 bis 2 Watt, beispielsweise 1,5 Watt, so daß insgesamt gegenüber einem herkömmlichen System, das ca. 120 Watt Pumpenleistung im Leerlauf erfordert, eine erhebliche Erniedrigung des Energiebedarf bei gleichzeitig gleicher Leistungsfähigkeit der Lenkhilfe bzw. Servolenkung erzielt wird.

10: Lenkhilfepumpe
12: Lenkgetriebe
14: Lenkaggregat
16, 18: Bohrungen in Lenkgetriebe
20, 22: Drucksensor
24: Steuerelektronik
26, 28: Hydraulikleitungen
30: Steuerleitungen Elektronik-Pumpe
32, 34: Bohrungen der Drucksensoren
36: Druckwellen
38: Zahnstange
40, 42: Pfeile

Claims

Hydraulisches Lenkhilfesystem mit offener Mitte, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkhilfepumpe (10) für eine Arbeitsflüssigkeit, insbesondere für Öl, einem Lenkgetriebe (12) eines Lenkaggregats (14), einem Arbeitsflüssigkeitskreislauf, der über wenigstens zwei Bohrungen (16, 18) in dem Lenkgetriebe (12) mit diesem verbunden ist, und wenigstens einem Drucksensor (20, 22), der ein Signal an eine Steuerelektronik (24) abgibt, welche ihrerseits die Lenkhilfepumpe (10) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (20, 22) im Arbeitsflüssigkeitskreislauf angeordnet ist und eine Bohrung (32; 34) aufweist, die direkt auf eine der Bohrungen (16, 18) im Lenkgetriebe (12) weist.
Hydraulisches Lenkhilfesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitsflüssigkeitskreislauf wenigstens zwei Drucksensoren (20, 22) angeordnet sind.
Hydraulisches Lenkhilfesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (20, 22) Druckschalter sind.
Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Lenkhilfesystems mit offener Mitte, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkhilfepumpe (10) für eine Arbeitsflüssigkeit, insbesondere für Öl, einem Lenkgetriebe (12) eines Lenkaggregats (14), einem Arbeitsflüssigkeitskreislauf, der über wenigstens zwei Bohrungen (16, 18) in dem Lenkgetriebe (12) mit diesem verbunden ist, und mindestens einem Drucksensor (20, 22), der ein Signal an eine Steuerelektronik (24) abgibt, welche ihrerseits die Lenkhilfepumpe (10) ansteuert, mit folgenden Schritten, (a) Sensieren eines Druckes, (b) Feststellen, ob der gemessene Druck wenigstens einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, (c) Ansteuern der Lenkhilfepumpe derart, daß deren Leistung erhöht wird, wenn der gemessene Druck einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, und deren Leistung reduziert wird, wenn der gemessene Druck einen vorbestimmten Druck unterschreitet dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Arbeitsflüssigkeitskreislauf den Bohrungen (16, 18) im Lenkgetriebe direkt gegenüberliegend erfasst und für die Ansteuerung der Lenkhilfepumpe (10) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (a) bis (c) zyklisch wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (c) die Leistung der Lenkhilfepumpe auf 18 bis 24 Watt, insbesondere auf 21 Watt, geregelt wird, wenn der gemessene Druck den vorbestimmte Schwellwert unterschreitet, und die Leistung der Lenkhilfepumpe auf 100 bis 200 Watt, insbesondere auf 120 Watt geregelt wird, wenn der gemessene Druck den vorbestimmte Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (b) mehrere Schwellwerte vorgesehen sind und in Schritt (c) die Lenkhilfepumpe für jeden Schwellwert unterschiedlich angesteuert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (b) eine kontinuierliche Schwellwertkurve vorgesehen ist und in Schritt (c) die Lenkhilfepumpe für jeden Punkt auf der Schwellwertkurve unterschiedlich angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmender Höhe des vom gemessenen Druck überschrittenen Schwellwertes die Leistung der Lenkhilfepumpe erhöht wird.