DE3630612C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum Steuern der Lenkkraft durch eine Servolenkanlage in einem Fahrzeug mit einem Hydraulikdruck-Reaktionsmechanismus, und betrifft speziell eine Steuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beispielsweise aus der US-PS 40 34 825 ist es bei einer Servolenkanlage, die mit einer elastischen Torsionsstange ausgerüstet ist und bei der das vom Lenkrad kommende Drehmoment in Abhängigkeit von der sich einstellenden Torsion der Torsionsstange verstärkt und dann auf die Laufräder übertragen wird, bekannt, daß die Funktion der Servolenkanlage bei schneller Fahrt abgeschwächt und bei langsamer Fahrt verstärkt wird. Bei dieser Servolenkanlage wird die Drehung der Motorwelle zu einer Ölpumpe übertragen, von der Öl aus einem Öltank zu einem Servomotor geliefert wird. Außerdem wird mit einer Drehung proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit eine getrennte Hilfsölpumpe angetrieben, die ebenfalls dem Öltank Öl entnimmt. Am Druckausgang der Hilfsölpumpe verzweigt sich und führt einerseits über ein Drosselventil zum Öltank zurück und andererseits zu einer Hydraulikdruck-Reaktionskammer zum Beeinflussen der Torsion der Torsionsstange. Bei schneller Fahrt liegt am Drosselventil ein hoher Öldruck an, der der Hydraulikdruck-Reaktionskammer zugeleitet wird, wodurch die Torsionswelle im Effekt torsionssteifer wird und die Betätigung des Lenkrads mehr Kraft erfordert, also schwerer wird.

Aus der DE-As 10 40 392 die dem Oberbegriff des A1 zugrundeliegt, ist weiterhin eine Steuervorrichtung für eine Servolenkanlage bekannt, bei der ebenfalls eine Hauptpumpe über ein Hauptventil den Servomotor speist und eine Hilfspumpe, deren Ausgangsdruck geschwindigkeitsabhängig gesteuert ist, einerseits ein Drosselventil am Ausgang der Hauptpumpe und andererseits eine Reaktionseinrichtung am Steuerschieber des Hauptventils unter Druck setzt. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit führt also auf zwei Wegen zu einer Versteifung der Lenkung, nämlich einerseits aufgrund der Reaktionseinrichtung, die den Steuerschieber entgegen der Lenkausrichtung zurückzuschieben versucht, und andererseits über das Drosselventil, das als Abströmventil Druckmittel vom Hauptpumpenausgang ableitet.

Es ist auch beispielsweise aus der DE-OS 34 18 563 eine Steuervorrichtung mit einer Reaktionseinrichtung bekannt, die durch einen vom Ausgang der Hauptpumpe abgezweigten hydraulischen Druck gespeist ist. Auch hierbei ist vorgesehen, daß der auf die Reaktionseinrichtung einwirkende Druck in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert ist.

Gemäß der GB-A 20 35 931 wird der auf die Reaktionseinrichtung einwirkende Druck durch einen Rechner gesteuert, der als Einflußgrößen Daten verschiedener Parameter eingespeist bekommt, unter anderem der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Lenkwinkels, der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit. Der Rechner bedient sich hierbei eines Arbeitsspeichers und eines Festwertspeichers. Seine Arbeitsweise ist in der Vorveröffentlichung nicht im einzelnen beschrieben. Jedoch allein aufgrund der Auswahl der Einflußgrößen ist ersichtlich, daß eine optimale Servosteuerung nicht erzielbar ist, da insbesondere der augenblickliche Fahrbahnzustand nicht präzis berücksichtigt wird. Temperatur und Luftfeuchtigkeit können zwar einen Anhaltspunkt dafür geben, ob erhöhte Reifgefahr besteht, die tatsächliche Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche hängt jedoch noch von zahlreichen weiteren Eigenschaften und Erscheinungen ab. Da das Gefühl für die Griffigkeit der Fahrbahn jedoch für das Fahrverhalten des Fahrers bedeutsam sein sollte und nicht durch die Servoanlage blockiert sein sollte, kann die bekannte Vorrichtung keine optimale Steuerung bewirken.

Im Hinblick auf die Abhängigkeitscharakteristik zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und Lenkkraft (T) wurde durch Experimente ermittelt, daß, wie in Fig. 7 dargestellt ist, sich bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit die Lenkkraft nur wenig ändert, bei mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit die Lenkkraft sehr steil ändert und bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Lenkkraft wieder nicht so stark ändert, wie es wünschenswert wäre. Es ist allgemein schwierig, die gewünschte V/T-Charakteristik (Fahrzeuggeschwindigkeit/Lenkkraft) zu erzielen. Gewünscht sind V/T-Charakteristiken verschiedener Formen, wie sie in Fig. 9 als A, B und C dargestellt sind.

Versuche haben auch gezeigt, daß sich auch bei gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit die Größe des Lenkausgangs (P) in Abhängigkeit vom Lenkwinkel ändert, wie der Charakteristik der Eingangsgrößen Lenkwinkel (α)/Lenkkraft (T) nach Fig. 8 zu entnehmen ist, wobei bei entsprechender Kennlinie die Sicherheit und Manövrierbarkeit des Fahrzeugs weiter erhöht werden kann. Fig. 8(a) zeigt die durch Versuche gesicherte Idealcharakteristik und Fig. 8(b) eine beim Stand der Technik erzielte Charakteristik. Die ideale α/T-Charakteristik kann mit Hilfe der bekannten Hydraulikdrucksteuerung nicht erzielt werden.

Bei der von der Fahrzeugtransmission angetriebenen Hilfsölpumpe ergibt sich weiterhin bei niedriger Drehzahl, also bei langsamer Fahrt, das Problem, daß die Fördermenge der Hilfsölpumpe zu niedrig ist und Pulsationen und Druckänderungen auftreten. Schließlich ist keine Möglichkeit vorgesehen, den Zustand der Straßenoberfläche als Information zur Steuerung der Lenkkraft einzuspeisen, und selbst dann, wenn die Straßenoberfläche eine verringerte Reibung bietet, wie bei verschneiten oder nassen Straßen, kann die entsprechend erforderliche Änderung in der Lenkkraft nicht zum Fahrer übertragen werden. Dies gilt auch, wenn die Straßenoberfläche uneben ist.

Durch die Erfindung soll eine optimierte Steuervorrichtung für die Lenkkraft in einer Servolenkanlage für ein Fahrzeug geschaffen werden, bei der der Hydraulikdruck so gesteuert wird, daß stets durch einen passenden Lenkwiderstand am Lenkrad bei angemessener Lenkkraft ein angepaßtes Fahrerverhalten ermöglicht wird. Durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Konstruktion wird das zur innerhalb eines Hauptventils der Steuervorrichtung für die Lenkkraft befindlichen Hydraulikdruck-Reaktionskammer gelieferte Drucköl nicht nur in Abhängigkeit von Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und den Lenkwinkel (α), die durch entsprechende Detektoren festgestellt werden, sondern auch von dem einer Verdrehung der gelenkten Fahrzeugräder entgegenwirkenden Widerstand, der den Fahrbahnzustand widerspiegelt, geeignet gesteuert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dienen zur Überwindung der beschriebenen technischen Probleme ein schrittschaltendes Ventil, das in Abhängigkeit von einer Information über die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und einer Information über den Lenkwinkel (α) digital gesteuert wird, und ein druckabhängiges Ventil, das durch z. B. analoge Steuerung zu betätigen ist, indem ihm ein Hydraulikdruck eingespeist wird, der sich stets durch eine Änderung der Reibungskraft zwischen der Straßenfläche und dem Treibrad als Änderung einer Reaktion von der Straßenfläche zu einem hydraulischen Druckzylinder einer Servovorrichtung ändert, wobei dieser Hydraulikdruck in einer Hydraulikschaltung vorliegt, die in Verbindung mit der Hydraulikdruck-Reaktionskammer steht. Weitere bevorzugte Steuerungsmaßnahmen optimieren die Steuerung zusätzlich und führen zu erhöhter Ausfallsicherheit.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für die Lenkkraft, mit einer Hydraulikdruck-Reaktionskammer zur Steuerung eines relativen Torsionswinkels zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle durch einen Hydraulikdruck, weist eine Hauptpumpe und eine Hilfspumpe auf, die vom Fahrzeugmotor angetrieben sind, wobei Drucköl von der Hauptpumpe über ein Hauptventil in einen Hydraulikzylinder der Servolenkanlage eingeführt wird und Drucköl von der Hilfspumpe über einen Ölkanal zur Hydraulikdruck-Reaktionskammer geliefert wird. Vom Ölkanal zweigt ein weiterer Ölkanal ab, der eine erste Drosseleinrichtung enthält, die durch einen Druck eines Hydraulikkreises betätigt wird, der von der Hauptpumpe zum Hauptventil verläuft, und eine zweite Drosseleinrichtung enthält, die von einem Stellmotor, vorzugsweise einem Schrittmotor betätigt wird, wodurch eine Installation gebildet wird, über die Öl in den Tank rezirkuliert wird. Der Schrittmotor wird durch ein Impulssignal gedreht und verstellt, das als Ausgangssignal von einer Steuerschaltung ausgeht, die in einer Matrixform Daten durch eine Kombination jeweils eines Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs und eines Steuerwinkelbereichs enthält, die unter Verwendung von Signalen eines Fahrzeuggeschwindigkeitsensors und eines Lenkwinkelsensors voreingespeichert sind. Durch den Schrittmotor wird dann die Öffnung der zweiten Drosseleinrichtung gesteuert und im Fall, daß kein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal vorliegt, obwohl das Signal der Motordrehzahl anzeigt, daß die über einem gegebenen Wert liegende Drehzahl länger als für eine gegebene Zeitspanne anhält, wird ein vorgegebenes Impulssignal zur Zeit des schnellen Fahrens erzeugt. Tritt für eine gegebene Zeitspanne keine Änderung des Lenkwinkelsignals auf, so wird keine Steuerung des Lenkwinkels mehr durchgeführt oder es wird ein Impulssignal wie während des Fahrens mit einer vorgegebenen hohen Geschwindigkeit in gleicher Weise wie oben beschrieben erzeugt. Liegt ein Fehler in der Verdrahtung oder in der Steuerung der Steuerschaltung vor, so wird der Strom zum Schrittmotor abgeschaltet und dadurch die Öffnung der zweiten Drosseleinrichtung geschlossen, wodurch der auf die Reaktionskammer wirkende Druck gesteuert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Konstruktion verschiedener Teile und eines Ölkanalsystems in einer Ausführungsform der Erfindung, wobei wesentliche Teile im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Hauptventil in der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt in einer Ebene III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt in einer Ebene IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 den Betrieb hinsichtlich der Ausfallsicherung der Steuerschaltung;

Fig. 6 einen in die Steuerschaltung eingespeicherten Plan;

Fig. 7 die Kennlinie Fahrzeuggeschwindigkeit (V)/Lenkkraft (T);

Fig. 8 die Kennlinie Lenkkraftausgang (P)/Lenkwinkel (α);

Fig. 9 verschiedene Kennlinien Fahrzeuggeschwindigkeit (V)/Lenkkraft (T); und

Fig. 10 die Kennlinien des Lenkausgangs (P) (Reaktionsdruck) zum Lenkmoment (M), wie sie bei der Ausführungsform der Erfindung erhalten werden.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 6 umfaßt ein Hauptventil (A), eine Lenk-Servovorrichtung (B), eine vom Fahrzeugmotor angetriebene Doppelhubpumpe (C), eine Vorderachse (G) und Achsschenkelbolzen (H).

Das Hauptventil A umfaßt eine Eingangswelle (1), die mit einem vom Fahrer zu betätigenden Lenkrad (2) verbunden ist, eine mit den gelenkten Rädern verbundene Zahnstange (3) (Fig. 2) und ein mit der Zahnstange (3) kämmendes Zahnrad (4), dessen Zahnradwelle eine Ausgangswelle (5) darstellt. Die Eingangswelle (1) und die Ausgangswelle (5) sind miteinander über eine Torsionswelle (D) verbunden und durch deren Torsion gegeneinander um einen vom Lenk-Gegenmoment abhängigen Winkel verdrehbar. Das Hauptventil (A) weist ein Gehäuse (6) auf, und in der Ausgangswelle (5) ist, von der Innenfläche des Gehäuses (6) durch O-Ringe (7), (8) abgedichtet, eine Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) gebildet. Vom Mittelbereich der Ausgangswelle (5) sind vier radial nach außen durchgehende Bohrungen (10) gebohrt, in denen jeweils ein Kolben (11) (Fig. 3) gleitet. Am Ende jedes der Kolben (11) befindet sich ein vorspringender Teil (11a), der durch in die Hydraulikdruck- Reaktionskammer (9) eingespeistes Drucköl gegen jeweils eine V-Nut (1a) gedrückt wird, die in der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle (1) gebildet ist. Durch das Anpressen der vorspringenden Teile (11a) an die Eingangswelle (1), speziell durch ihr Eindrücken in die V-Nuten (1a) in der Neutralstellung, wird die Torsion zwischen der Eingangswelle (1) und der Ausgangswelle (5) erschwert und somit praktisch die Torsionswelle (D) versteift, wodurch wiederum in bekannter Weise die Ansteuerung der Servolenkvorrichtung (B) vermindert wird.

Das mit der Servolenkanlage bestückte Fahrzeug wird durch einen Motor (13) angetrieben, der auch die Doppelhubpumpe (C) antreibt. Diese Pumpe (C) umfaßt eine Hauptpumpe (14) und eine Unter- oder Hilfspumpe (15), die eine gemeinsame rotierende Welle (16) haben. Das Nenn-Pumpvolumen der Hilfspumpe (15) ist geringer als das der Hauptpumpe (14). Die Pumpe (C) saugt Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank (17), und die Hauptpumpe (14) gibt Drucköl an einer Ausgangsöffnung (18) über einen ersten Haupt-Ölkanal (201) zu einer Anschlußöffnung (20) des Hauptventils (A) ab, von wo es über Anschlußöffnungen (21) oder (22) zur linken oder rechten Zylinderkammer (E) bzw. (F) eines Hydraulikzylinders (23) der Lenk-Servovorrichtung (B) geleitet wird, und zwar über einen zweiten Haupt- Ölkanal (211) bzw. einen dritten Haupt-Ölkanal (221), um einen (nicht dargestellten) Kolben der Servovorrichtung (B) zu betätigen. Das Öl wird dann von der Zylinderkammer (F) oder (E) über den zweiten oder dritten Haupt-Ölkanal (221) bzw. (211) zur Anschlußöffnung (22) bzw. (21) des Hauptventils (A) und dann weiterhin von einer Anschlußöffnung (24) über einen vierten Haupt-Ölkanal (241) zum Tank (17) zurückgeleitet.

Von der Hilfspumpe (15) wird Drucköl über eine Ausgangsöffnung (25) und einen fünften Haupt-Ölkanal (26) zur Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) geleitet. Der Haupt-Ölkanal (26) weist auf halbem Weg zwei Abzweigpunkte auf, wobei ein erster Abzweig-Ölkanal (27) über ein erstes Steuerventil (28) und ein zweiter Abzweig-Ölkanal (29) über ein zweites Steuerventil (35) zum Tank (17) zurückführt. Das erste Steuerventil (28) wird durch den Leitungsdruck gesteuert, der über einen dritten Abzweig-Ölkanal (37) herangeführt wird, der an der Hauptpumpe (14) beginnt. Das zweite Steuerventil (35) hat einen Durchfluß- bzw. Drosselquerschnitt, der durch die Drehwinkelstellung eines Schrittmotors (34) eingestellt wird, der von einer Steuerschaltung (33) betätigt wird. Die Steuerschaltung (33) ist mit einem üblicherweise als CPU bezeichneten Mikrorechner versehen, der auf Empfang entsprechender Signale von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30), einen Lenkwinkelsensor (31) und einem Motordrehzahlmesser (32) hin ein gewünschtes Element aus einer Gruppe von Elementen auswählt, die gemäß Fig. 6 in matrixartiger Form angeordnet sind, wobei jedes Element als Rechteck mit einer Fläche Δv · Δα dargestellt ist. Die Wahl erfolgt also entsprechend dem Inhalt der genannten Signale und der Mikrorechner gibt ein Impulssignal auf der Grundlage von Daten ab, die vorab bei dem betreffenden Element eingespeichert worden sind. Die Steuerschaltung (33) ist außerdem mit einer Ausfallsicherung ausgestattet.

In der Darstellung nach Fig. 6 stellt Δv die diskrete Größe, die die voreingestellte Geschwindigkeitsänderung angibt, und Δα die diskrete Größe, die die voreingestellte Änderung des Lenkwinkels angibt, dar, wobei diese Größen nicht konstant sind, sondern sich entsprechend der Höhe der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und der Größe des Lenkwinkels α ändern. Die Größen Δv und α sind entsprechend einem gegebenen Geschwindigkeitsbereich und einem gegebenen Lenkwinkelbereich so bestimmt, daß eine Matrix Δv× Δα entsteht, und jedes Element der Matrix wird durch eine Zahl angegeben. Das Geschwindigkeitssignal wird der Steuerschaltung (33) als numerische Information eingegeben, beispielsweise von einem an der Achse montierten Leitungsschalter in Form von vier Impulsen je Umdrehung pro Minute "7,07 Hz/10 km".

Die Information über den Lenkwinkel α wird beim beschriebenen Ausführungsbeispiel als analoge Größe eingegeben und in einem in der Steuerschaltung (33) enthaltenen Analog/Digital-Umsetzer in eine numerische Information umgesetzt. Die Steuerung, gemäß der entsprechend einer Eingangsinformation aus Eingangssignalen der Geschwindigkeit (V) und des Lenkwinkels (α) eines der Elemente der Δv×Δα-Matrix angezeigt wird, um ein durch dieses Element bestimmtes numerisches Signal für den Schrittmotor abzugeben, ist eine Programmsteuerung, und ein Steuersystem hierfür umfaßt eine offene Schleife.

In einer inneren Bohrung des ersten Steuerventils (28) ist als Schieber ein Zylinderstößel (36) angeordnet, dessen eine Endfläche mit dem Abzweig-Ölkanal (37) von der Ausgangsöffnung (18) der Hauptpumpe (14) kommuniziert, so daß der von der Hauptpumpe erzeugte Leitungsdruck zur Endfläche des Zylinderstößels (36) übertragen wird. Auf die andere Endfläche des Zylinderstößels (36) drückt eine Druckfeder (38). Der Zylinderstößel (36) befindet sich in einer verschobenen Stellung, solange sich der Leitungsdruck und die Federkraft nach einem Anstieg des Leitungsdrucks in einen Gleichgewichtszustand befinden, wodurch der Öffnungsquerschnitt eines Durchtrittskanals durch das Steuerventil (28), das als Drosselventil wirkt, veränderbar ist.

In einer inneren Bohrung des zweiten Steuerventils (35) befindet sich eine Drehwelle (39) und der Durchfluß- bzw. Drosselquerschnitt dieses Ventils wird durch die Drehung des Schrittmotors (34) verändert. An der Oberseite des Schrittmotors (34) ist eine Spiralfeder eingebaut, die eine Rückstellfunktion ausübt, so daß im Fall eines Fehlers der Steuerschaltung (33) oder eines Fehlers in der Verdrahtung des Schrittmotors (34) der Durchtrittsquerschnitt des zweiten Steuerventils (35) automatisch auf die Querschnittsgröße bei schneller Fahrt eingestellt wird. Die Ausfallsicherungsfunktion der Steuerschaltung (33) besteht in folgendem: fällt der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30) aus und geht kein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal ein, obwohl durch ein entsprechendes Signal eine Motordrehzahl über einem gegebenen Wert angezeigt wird, so beurteilt der Mikrorechner dies als abnormen Zustand und gibt eine Impulszahl ab, die die schnelle Fahrt anzeigt, wodurch der Schrittmotor (34) in eine Winkelstellung verdreht wird, die der schnellen Fahrt entspricht. Auch im Fall, daß der Lenkwinkelsensor (31) ausfällt und sich dessen Signal für eine längere als eine gegebene Zeit nicht ändert, beurteilt der Mikrorechner dies als abnormen Zustand und bewirkt die gleiche Steuerung wie oben angegeben. Alternativ kann auch die vom Lenkwinkel abhängige Steuerung unterbrochen werden und nur die von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Steuerung weiterbetrieben werden.

Im Fall einer Abnormität des Mikrorechners der Steuerschaltung (33) und eines Ausfalls wie des Durchbrennens des Schrittmotors (34), wird der durch den Schrittmotor (34) fließende Strom unterbrochen und die Motorwelle wird durch die auf dem Schrittmotor (34) sitzende Feder in den der schnellen Fahrt entsprechenden Drehwinkel verdreht.

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm für die beschriebene Steuerungslogik. Hierbei bedeuten:

• Q: Ist am Fahrzeuggeschwindigkeitssensor etwas falsch?
  R: Ist am Lenkwinkelsensor etwas falsch?
  S: Ist in der Verdrahtung etwas falsch?
  U: Ist am Mikrorechner etwas falsch?
  W: Verdrehe den Schrittmotor in den für schnelle Fahrt vorgesehenen Zustand!
  Z: Trenne die Stromquelle vom Schrittmotor!

Durch den im Fehlerfall auf die sichere Seite schaltenden Betrieb wird das Vorliegen eines abnormen Zustands des Mikrorechners überprüft, wenn die Steuerschaltung (33) angeschaltet ist, und im Fall eines Fehlers die Stromspeisung des Schrittmotors (34) abgeschaltet. Arbeitet der Mikrorechner normal, so wird überprüft, ob der Motor durchgebrannt ist, und im Fall eines Fehlers wird ebenfalls die Stromzufuhr zum Schrittmotor (34) abgeschaltet.

Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30) und der Lenkwinkelsensor (31) werden nach Durchführen einer tatsächlichen Fahrt geprüft und im Fall eines Fehlers wird der Schrittmotor (34) in den Drehwinkel verdreht, der der schnellen Fahrt entspricht, und die nachfolgenden Überprüfungen werden durchgeführt.

Im folgenden wird der Betrieb beschrieben. Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Lenkausgang (P) (Reaktionsdruck) und dem Lenkmoment (M) im Rahmen der Erfindung.

1. Zustand im Stillstand oder bei extrem langsamer Fahrt:

Da das Signal vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30) sehr niedrig ist, ist auch das Datensignal von der Steuerschaltung (33) niedrig und auch der Drehwinkel des Schrittmotors (34) ist 0 oder sehr klein. Das zweite Steuerventil (35) hat also eine ausreichende offene Querschnittsfläche und in der hydraulischen Druckleitung wird kein Stau- oder Drosseldruck erzeugt. Folglich tritt kein Druckanstieg in der Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) auf und die V-Nuten (1a) befinden sich nur in leichtem Kontakt mit den Enden der vorspringenden Teile (11a) der Kolben (11), so daß die relative Bewegung zwischen diesen Teilen nicht gehemmt ist. Die Servovorrichtung erzeugt also eine ausreichende Hilfskraft in gleicher Höhe wie beim Stand der Technik.

Wird in diesem Betriebszustand das Lenkrad betätigt, so wird ein entsprechendes Signal vom Lenkwinkelsensor (31) zur Steuerschaltung (33) gesendet. Wie jedoch Fig. 6 zeigt, wird bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 0 km/s oder extrem niedriger Geschwindigkeit das Ausgangssignal des Lenkwinkelsensors (31) ignoriert und von der Steuerschaltung (33) wird kein Datensignal abgegeben. Bei der Verstellung des Lenkwinkels wird deshalb die relative Verstellung zwischen den V-Nuten (1a) und den Enden der vorspringenden Teile (11a) nicht behindert. Andererseits wird durch den Betrieb der Servovorrichtung der Druck im Hydraulikkreis erhöht, wobei das erste Steuerventil (28) das Gleichgewicht mit der Feder (38) hält und mit einer linearen Drosselung beginnt.

Entsprechend steigt in diesem Zustand nicht nur der hydraulische Druck in der Leitung, sondern auch der auf die Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) wirkende Druck an. Das zweite Steuerventil (35) ist jedoch auf einen großen Öffnungsquerschnitt, verglichen mit dem des ersten Steuerventils (28), eingestellt, wodurch der Zustand hergestellt wird, daß selbst im Fall des Schließens des ersten Steuerventils (28) der Drosseldruck nicht ansteigt.

Selbst dann, wenn der hydraulische Druck in der Leitung ansteigt, steigt also der auf die Hydraulikdruck- Reaktionskammer (9) wirkende hydraulische Druck nicht an, so daß in gleicher Weise wie beim Stand der Technik eine ausreichende Hilfskraft erhalten wird und auch mit leichtem Lenkbetätigungsmoment die Lenkung erzielt wird.

2. Zustand, in dem das Fahrzeug mit mittlerer Geschwindigkeit fährt:

Der Schrittmotor (34) wird im Vergleich zum vorherigen Zustand durch die Steuerschaltung (33) aufgrund des Signals vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30) weitergedreht, um die Querschnittsfläche des Steuerventils (35) zu vermindern. Insofern steigt der Stau- oder Drosseldruck etwas an und wirkt auf die Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9). Dieser hydraulische Staudruck bewirkt einen Druckeingriff zwischen den V-Nuten (1a) und den Kolben (11), solange das Fahrzeug geradeaus fährt, wodurch ein gewisses Gefühl einer steifen Lenkung in der Nachbarschaft der neutralen Stellung des Lenkrads erhöht wird. Der Widerstand steigt, wenn man beginnt, das Lenkrad zu verdrehen, was zu einem höheren Lenk-Gegenmoment als im Fall der Lenkbetätigung in einem festen Zustand führt.

Verdreht man in diesem Zustand das Lenkrad, so wird auch der Schrittmotor (34) bis in eine Winkelstellung verdreht, die dem Drehwinkel des Lenkrads entspricht, und zwar aufgrund des Signals vom Lenkwinkelsensor (31). Der Drosseldruck erhöht sich also zunehmend entsprechend dem Drehwinkel des Lenkrads, durch dessen Verdrehen die Charakteristik in den schwereren Bereich läuft.

Erhöht sich die Hilfskraft durch den Straßenwiderstand, also das Lenk-Gegenmoment am Reifen, wodurch der Druck in der Hydraulikleitung ansteigt, so wird das erste Steuerventil (28) aktiv. Hierbei ist der offene Querschnitt des zweiten Steuerventils (35) kleiner als bei einem Lenkradbetrieb in festem Zustand, und dadurch wird durch den Drosseleffekt des ersten Steuerventils (28) ein Reaktionsgefühl entsprechend der Belastung erhalten. Das Reaktionsgefühl der Lenkradbetätigung wird also durch die beiden Drosseleinrichtungen des Lenkwinkels und der Belastung ausreichend übertragen, so daß sich auch der Zustand der Straßenoberfläche im Lenkgefühl auswirkt.

3. Zustand bei schneller Fahrt:

Wird der Schrittmotor (34) von der Steuerschaltung (33) aufgrund des Signals vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30) noch weiter verdreht, so wird die offene Querschnittsfläche des Steuerventils (35) noch weiter vermindert. Der Drosseldruck erhöht sich also weiter und erhöht die Eingriffskraft zwischen den V-Nuten (1a) und den Kolben (11), wodurch der relative Torsions- Verdrehungswinkel zwischen der Eingangswelle (1) und der Ausgangswelle (5) auf einen Mindestwert erniedrigt wird und das Lenkradgefühl einer steifen Lenkung bei Geradeausfahrt erhöht wird.

Wird in diesem Zustand das Lenkrad betätigt, so wird der Schrittmotor (34) entsprechend dem Signal vom Lenkwinkelsensor (31) noch weiter verdreht, wodurch die relative Torsionsverdrehung zwischen der Eingangswelle (1) und der Ausgangswelle (5) weiter vermindert und somit das erforderliche Lenkmoment noch weiter erhöht und die Hilfskraft erniedrigt wird.

Während der Fahrt mit hoher Geschwindigkeit wird die Hilfskraft kaum überhaupt erzeugt, jedoch wird das erste Steuerventil (28) im Zustand, in dem das zweite Steuerventil (35) auf extreme Drosselung gestellt ist, betätigt. Funktion und Wirkung des ersten Steuerventils (28) erhöhen sich also so, daß ein ausreichendes Reaktionsgefühl im Bezug zu auch einer kleinen Änderung des Straßenwiderstands erhalten werden kann. Auch kann die Fördermenge der Hilfspumpe (15) bei schneller Fahrt klein sein und erhöht doch den Drosseldruck in der beschriebenen Weise.

Die Steuerschaltung (33) übt die in Fig. 5 dargestellte Funktion aus. Tritt ein Fehlerzustand auf, etwa der Ausfall eines Signals aufgrund eines Fehlers des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (30) und eines Fehlers des Lenkwinkelsensors (31), so beurteilt die Steuerschaltung (33) den Zustand des Fahrzeugs als fahrend und stellt auf den schnellen Fahrzustand ein, und im Fall von Fehlerzuständen wie einer Unterbrechung oder einem Kurzschluß der Verdrahtung, einem Phasenfehler im Mikrorechner usw. wird die Stromzufuhr zum Schrittmotor (34) abgeschaltet, so daß sich dieser automatisch in die Winkelstellung für die schnelle Fahrt einstellt, und zwar aufgrund der Kraft der in den Schrittmotor eingebauten Feder. Fig. 5 zeigt das Programm als Ablaufdiagramm. Zur Beurteilung des Fahrtzustands des Fahrzeugs ist eines der Eingangssignale der Steuerschaltung (33) die Drehzahl des Motors. Die Daten der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und des Lenkwinkels (α) werden eingegeben und in der Steuerschaltung (33) gespeichert, so daß gemäß Fig. 6 die beschriebene Matrix in der planartigen Form unterteilt ist und jedem einzelnen Flächenbereich, der durch die eingestellte Geschwindigkeitsdifferenz (ΔV) und die eingestellte Lenkwinkeldifferenz (Δα), bestimmt ist, eine einzelne spezifische Zahl zugeteilt wird. Unter diesen Daten werden die erforderlichen Daten durch das Eingangssignal vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30) und durch das Eingangssignal vom Lenkwinkelsensor (31) ausgewählt, und die Daten werden so abgegeben, daß hierdurch die Drehung des Schrittmotors (34) gesteuert wird.

Die Servolenkanlage weist, wie beschrieben, die Hydraulikdruck-Reaktionskammer auf, mit deren Hilfe sie durch angelegten Hydraulikdruck einen relativen Torsionswinkel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle steuert, wobei die Hauptpumpe und die Hilfspumpe vom Motor angetrieben werden und der Öldruck von der Hauptpumpe dem Hydraulikzylinder der Lenk- Servovorrichtung über das Hauptventil zugeführt wird, während das Drucköl von der Hilfspumpe der Hydraulikdruck-Reaktionskammer eingespeist wird. Vom zur Reaktionskammer führenden Ölkanal ist der Ölkanal abgezweigt, der erstens die erste Drosseleinrichtung enthält, die vom Druck in der von der Hauptpumpe zum Hauptventil führenden Leitung betätigt wird, und zweitens die zweite Drosseleinrichtung enthält, die vom Schrittmotor so betätigt wird, daß sie eine Anordnung bildet, in der das Öl zum Tank zurückgeleitet wird. Der Schrittmotor wird durch das Ausgangs-Impulssignal der Steuerschaltung verdreht und verstellt. Die Steuerschaltung enthält in Matrixform angeordnete Daten, nämlich jeweils für einen voreingestellten Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit und einen voreingestellten Bereich des Lenkwinkels, und wählt unter diesen Kombinationen entsprechend den Signalen vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und vom Lenkwinkelsensor. Der Öffnungsquerschnitt der zweiten Drosseleinrichtung wird durch den Schrittmotor so eingestellt, daß dann, wenn trotz eines Drehzahlsignals vom Motor, das anzeigt, daß eine über einem gegebenen Wert liegende Drehzahl länger als eine gegebene Zeitspanne andauert, kein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal anliegt, das Impulssignal wie bei schneller Fahrt abgegeben wird. Tritt für eine vorgegebene Zeit keine Änderung des Signals des Lenkwinkels auf, so wird keine Steuerung des Lenkwinkels durchgeführt oder es wird ein Impulssignal wie bei einer voreingestellten schnellen Fahrt in gleicher Weise wie oben beschrieben erzeugt. Tritt ein Fehler in der Verdrahtung auf oder erweist sich die Steuerung durch die Steuerschaltung als fehlerhaft, so wird der Strom zum Schrittmotor unterbrochen und dadurch der Öffnungsquerschnitt der zweiten Drosseleinrichtung geschlossen, wodurch der auf die Reaktionskammer wirkende Druck gesteuert wird. Die Lenkcharakteristik kann also frei variiert werden und es kann ein selbst auf einen niedrigen Straßenwiderstand bezogenes Reaktionsgefühl erhalten werden, die Grund-Fördermenge der Hilfspumpe kann zur Energieersparnis vermindert werden und das Fahrzeug kann selbst im Fall eines Fehlers in den Sensoren für die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel sowie bei Störungen in der Verdrahtung und im Betrieb des Mikrorechners sicher gefahren werden.

Die Erfindung wurde anhand eines spezifischen Ausführungsbeispiels erläutert, die durch die Erfindung erzielbaren Wirkungen lassen sich jedoch auch bei abgewandelten Ausführungen erzielen, die bei Kenntnis der vorliegenden Ausführung dem Fachmann erkennbar werden und zur Erfindung zu rechnen sind.

Claims (14)

1. Steuervorrichtung für die Lenkkraft in einer Servolenkanlage eines Fahrzeugs zum Bewirken einer Hilfskraftunterstützung der Lenkung durch Anlegen eines ersten Druckmittels an einen Servomotor (B), das von einer vom Fahrzeugmotor (13) angetriebenen Hauptpumpe (14) aus einem Tank (17) gefördert wird und von einem Hauptventil (A) gesteuert wird, dessen Steuerung eine geschwindigkeitsabhängige von einem zweiten Druckmittel betätigte Reaktionseinrichtung entgegenwirkt, die durch eine Erhöhung des Drucks des zweiten Druckmittels die Hilfskraftunterstützung herabsetzt, mit folgenden Teilen:

• - der vom Fahrzeugmotor (13) getriebenen Hauptpumpe (14), die das Druckmittel über einen ersten Druckmittelkanal (201) und das Hauptventil (A) zum Servomotor (B) liefert, von dem es zum Tank (17) zurückfließt;
• - einer vom Fahrzeugmotor (13) getriebenen Hilfspumpe (15), die das zweite Druckmittel zur Reaktionseinrichtung (9) liefert;
• - einer Steuereinrichtung (28, 35) zwischen der Hilfspumpe (15) und der Reaktionseinrichtung (9) zum Beeinflussen des Drucks des zweiten Druckmittels in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Fahrzeug;

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zwei zum Tank (17) zurückführende Ableit-Drosselventile (28, 35) umfaßt, die zweites Druckmittel von der Druckseite der Hilfspumpe (15) ableiten und von denen das erste Drosselventil (28) durch den Hydraulikdruck im ersten Druckmittelkanal (201) zur Steuerung des Druckmitteldurchflusses so betätigt ist, daß eine Erhöhung des Drucks des ersten Druckmittels den Druck des zweiten Druckmittels erhöht, und das zweite Drosselventil (35) in Kombination durch die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Fahrzeug-Lenkwinkel zur Steuerung des Druckmitteldurchflusses betätigt ist.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drosselventil (35) eine größere Steuerkapazität hat als das erste Drosselventil (28).

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Servolenkanlage, deren Hauptventil (A) aufgrund des relativen gegenseitigen Torsionswinkels zwischen einer mit einem Lenkrad verbundenen Eingangswelle (1) und einer mit den lenkenden Fahrzeugrädern verbundenen Ausgangswelle (5) steuerbar ist und als Reaktionseinrichtung in seinem Inneren eine Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) aufweist, die der Torsion zwischen der Eingangswelle (1) und der Ausgangswelle (5) entgegenwirkt.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drosselventil (28) in einem ersten Abzweigkanal (27), der von der Druckseite der Hilfspumpe (15) zum Tank (17) führt, eingesetzt ist und eine variable Drosselöffnung aufweist, deren Querschnitt zur Steuerung der Rückflußrate des zweiten Druckmittels veränderbar ist und durch den Druck im ersten Druckmittelkanal (201) so gesteuert ist, daß bei dessen Anstieg der Öffnungsquerschnitt kleiner wird.

5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Druckmittel-Durchtrittskanal durch das erste Drosselventil (28) ein den Querschnitt der variablen Drosselöffnung bestimmender Zylinderstößel (36) beweglich angeordnet ist, dessen eine Endfläche vom Druck des ersten Druckmittels beaufschlagt ist und an dessen anderer Endfläche eine Feder (38) in der diesem Druck entgegengesetzten Richtung angreift.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drosselventil (35) in einem zweiten Abzweigkanal (29), der von der Druckseite der Hauptpumpe (15) zum Tank führt, eingesetzt ist und eine variable Drosselöffnung aufweist, die die Rückflußrate des zweiten Druckmittels zum Tank (17) steuert, und von einer Steuereinrichtung mit einem Schrittmotor (34) gesteuert ist, der die Verstellung dieser Drosselöffnung treibt.

7. Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30), einen Lenkwinkelsensor (31), eine Steuerschaltung (33) zum Verarbeiten von von diesen Sensoren gelieferten elektrischen Signalen und den Schrittmotor (34), dessen Verdrehung von der Steuerschaltung (33) gesteuert ist, umfaßt.

8. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (33) eine Matrix zum Konvertieren einer Kombination der beiden Ausgangssignale der Sensoren (30, 31) in ein entsprechendes Steuersignal enthält.

9. Steuerung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung weiterhin einen Drehzahlsensor (32) der Motordrehzahl umfaßt und eine erste Fehlersicherung enthält, die dann, wenn der Drehzahlsensor (32) feststellt, daß die Motordrehzahl für eine über einer Grenze liegende Zeitspanne über einem gegebenen Wert liegt, während der Geschwindigkeitssensor (30) kein eine Geschwindigkeit anzeigendes Ausgangssignal abgibt, ein Steuersignal an den Schrittmotor (34) zum Schließen der Drosselöffnung abgibt.

10. Steuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen/den Drehzahlsensor (32) der Motordrehzahl umfaßt und eine zweite Fehlersicherung enthält, die dann, wenn der Drehzahlsensor (32) feststellt, daß die Motordrehzahl für eine über einer Grenze liegende Zeitspanne über einem gegebenen Wert liegt, während der Lenkwinkelsensor (31) kein einen Lenkwinkel anzeigendes Ausgangssignal abgibt, ein Steuersignal an den Schrittmotor (34) zum Schließen der Drosselöffnung abgibt.

11. Steuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen/den Drehzahlsensor (32) der Motordrehzahl umfaßt und eine dritte Fehlersicherung enthält, die dann, wenn der Drehzahlsensor (32) feststellt, daß die Motordrehzahl für eine über einer Grenze liegende Zeitspanne über einem gegebenen Wert liegt, während der Geschwindigkeitssensor (30) kein eine Geschwindigkeit anzeigendes Ausgangssignal abgibt, ein Steuersignal an den Schrittmotor (34) abgibt, das vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitssensors (30) allein bestimmt wird.

12. Steuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine vierte Fehlersicherung enthält, die dann eingreift und die Stromzufuhr zur Steuereinrichtung unterbricht, wenn die Verdrahtung des Schrittmotors (34) einen Fehler aufweist.

13. Steuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine fünfte Fehlersicherung aufweist, die dann eingreift und die Stromzufuhr zum Schrittmotor (34) unterbricht, wenn die Steuerschaltung (33) ausfällt.