DE4042153C2 - Verfahren zur Lenkwinkelfehlerkompensierung bei einer vollhydraulischen Lenkung und vollhydraulische Lenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkwinkelfeh­ lerkompensierung bei einer vollhydraulischen Lenkung, bei dem beim Auslenken eines Lenkhandrades ein Lenkhandradwinkel und ein Lenkmotorwinkel sowie die Lenkhandradgeschwindigkeit ermittelt werden und der Fluidstrom zwischen einer Lenksteuereinheit und einem Lenkmotor in Abhängigkeit vom Lenkwinkelfehler und der Lenkhandradgeschwindigkeit verändert wird, und eine vollhydraulische Lenkung, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem Lenkmotor, einer mit diesem über einen Fluidpfad verbundene Lenksteuereinrichtung, die mit Hilfe eines Lenkhandrades betätigbar ist, einem Lenkhandradsensor, einem Lenkmotorsensor, einer Verarbeitungseinrichtung und einem Hilfsfluidpfad, der vom Fluidpfad abzweigt und die Lenksteuereinrichtung umgeht und eine Ventileinrichtung zur Steuerung des durch den Hilfsfluidpfad fließenden Hilfsfluidstroms aufweist, die von der Verarbeitungseinrichtung betätigbar ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung einen Differenzenbildner zur Ermittlung des Lenkwinkelfehlers und einen Differentiator zur Ermittlung der Lenkhandradgeschwindigkeit aufweist.

Lenkungen werden im allgemeinen in Fahrzeugen verwendet. Hierbei werden gelenkte Räder oder Ruder um einen Winkel verschwenkt, der einem bestimmten Umdrehungswinkel des Lenkhandrades entspricht. Der Begriff "Lenkung" soll für die vorliegende Anmeldung jedoch weiter verstanden werden. Er betrifft auch die Steuerung von Betätigungsorganen, bei der eine Auslenkung eines Arbeitsmotors proportional zur Betätigung eines Bedienungshebels erfolgt. Der Bedienungshebel wird im folgenden der Einfachheit halber als "Lenkhandrad" bezeichnet. Die Bewegung des Lenkhandrades muß sich nicht auf rotatorische Bewegungen beschränken. Wenn als Lenkhandrad ein Bedienungshebel verwendet wird, können ebenfalls translatorische Bewegungen gemessen werden. Dem Lenkhandradwinkel entspricht dann eine Strecke. Beispielsweise kann ein Lenkmotor einen Ausleger einer Arbeitsmaschine in eine bestimmte Position bringen, die von der Stellung des Lenkhandrades abhängig ist. Um das Verständnis zu erleichtern, wird die folgende Beschreibung jedoch anhand einer Fahrzeuglenkung vorgenommen werden.

Bei einer aus der gattungsbildenden US 47 03 819 bekannten Lenkung wird das Hinterrad eines Dreiradgabelstaplers vollhydraulisch gesteuert. Dabei soll die Stellung des Hinterrades der Winkellage des Lenkhandrades entsprechen. Diese Lage ist durch einen Knopf auf dem Lenkhandrad gekennzeichnet. Abweichungen der beiden Stellungen voneinander können beispielsweise durch Leckagen auftreten. Die Abweichung zwischen der Winkelstellung des Lenkhandrades und der Winkelstellung des gelenkten Rades wird im folgenden als Lenkwinkelfehler bezeichnet. Zur Kompensierung des Lenkwinkelfehlers ist es bei der bekannten Lenkung vorgesehen, einen Teil des Fluidstromes von der Lenksteuereinheit zum Lenkmotor direkt zum Tank hin abzuzweigen, so daß das Lenkhandrad gedreht werden kann, ohne daß der Lenkmotor weiter ausgelenkt wird. Hiermit läßt sich eine Übereinstimmung zwischen der Lenkhandrad- und der Lenkmotorposition erzielen. Eine Ausführungsform der bekannten Lenkung beinhaltet ein manuell betätigbares Ventil, das in der Neutralstellung des Lenkmotors betätigt werden kann. Nach Betätigung des Ventils kann das Lenkhandrad ebenfalls in die Neutralstellung verbracht werden, ohne daß das Hinterrad mitgelenkt wird. Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt die Lenkwinkelfehlerkompensierung unter der Steuerung einer Verarbeitungseinrichtung. Hierbei wird die Lenkhandradposition und die Lenkmotorposition mit Hilfe von Sensoren gemessen. Die gemessenen Werte werden von einem Mikrocomputer verarbeitet, der ein Magnetventil betätigt, das einen Leitungsabschnitt von der Lenksteuereinrichtung zum Lenkmotor mit dem Tank verbindet. Die Lenkwinkelfehlerkompensierung erfolgt jedoch nur, wenn die Geschwindigkeit des Lenkhandrades eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit überschreitet oder der Lenkwinkelfehler eine bestimmte Mindestgröße hat. Unterhalb dieser Werte befürchtet man, daß eine Bedienungsperson das Lenkhandrad zwar drehen kann, dies jedoch nicht zu einer Richtungsänderung des Fahrzeugs führt.

Die US 4 792 008 beschreibt ein ähnliches System, bei dem zusätzlich die Richtungsabhängigkeit der Drehung des Lenkhandrades berücksichtigt wird.

Die JP 2-164 673 A beschreibt ein Verfahren zur Lenkwinkelfehlerkompensierung, bei dem eine Korrektur nur bezüglich der Neutralstellungen des Lenkmotors und des Lenkhandrades erfolgen soll. Ein erstes Hilfsventil wird bei einer Neutralstellung geöffnet, wohingegen ein zweites Hilfsventil geöffnet werden soll, wenn die Lenkmotorposition nicht mit der Lenkhandradposition übereinstimmt.

Die JP 63-188569 A offenbart eine vollhydraulische Lenkung, bei der eine Lenkwinkelfehlerkorrektur dadurch erfolgt, daß einem unter Druck stehenden Arbeitsraum eines Lenkmotors zusätzliche Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird, und zwar an der Lenksteuereinrichtung vorbei, wobei aber keine Aussagen darüber gemacht werden, wie der Lenkwinkelfehler und die Lenkhandradgeschwindigkeit miteinander verarbeitet werden.

Die JP 60-261 778 A beschreibt ebenfalls eine vollhydraulische Lenkung mit Lenkwinkelfehlerkorrektur. Hierbei wird zur Kompensierung eines Lenkwinkelfehlers dem Lenkmotor mit Hilfe einer zusätzlichen Pumpe zusätzliches hydraulisches Fluid zugeführt, so daß die Positionen von Lenkhandrad und Lenkmotor wieder in Übereinstimmung gebracht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lenkwinkelfehlerkompensierung und eine vollhydrau­ lische Lenkung anzugeben, mit deren Hilfe der Lenkungs­ komfort verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kompensierung bei jeder Lenkhandradgeschwindigkeit und jedem Lenkwinkelfehler erfolgt, wobei der Lenkwinkelfehler mit der Lenkhandradgeschwindigkeit multipliziert wird und die Veränderung des Fluidstroms in Abhängigkeit von dem so erhaltenen Produkt vorgenommen wird.

Erfindungsgemäß gibt es also keine Bereiche, in denen keine Korrektur oder Kompensierung vorgenommen wird. Der für die Kompensierung notwendige Eingriff in den Fluidstrom, den auch die Bedienungsperson merkt, ist jedoch nicht nur von dem Lenkwinkelfehler, sondern auch von der Geschwindigkeit des Lenkhandrades abhängig. Wenn die Bedienungsperson das Lenkhandrad mit einer geringen Geschwindigkeit dreht, ist sie gegenüber Ein­ flüssen, die auf das Lenkhandrad wirken, sehr empfind­ lich. Dreht sie hingegen das Lenkhandrad mit einer größe­ ren Geschwindigkeit, machen sich größere Kompensations- oder Korrektureinflüsse nicht mehr so stark bemerkbar. Bei größeren Geschwindigkeiten des Lenkhandrades kann die Bedienungsperson auch nicht mehr so genau wahrnehmen, ob die Position des Lenkmotors mit der Position des Lenkhandrades übereinstimmt. Eine Lenkwinkelfehlerkompen­ sierung läßt sich hierbei relativ schnell durchführen, ohne daß die Bedienungsperson irgendwelche störenden Einflüsse bemerkt. Bei langsameren Geschwindigkeiten des Lenkhandrades hingegen muß die Kompensierung entspre­ chend vorsichtiger erfolgen, um das Komfortgefühl der Bedienungsperson nicht negativ zu beeinträchtigen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Veränderung des Fluidstroms zwischen Lenksteuer­ einheit und Lenkmotor ein Hilfsfluidstrom unter Umgehung der Lenksteuereinheit zugeführt oder entnommen. Wenn der Hilfsfluidstrom entnommen wird, folgt der Lenkmotor der Position des Lenkhandrades nicht vollständig. Hier­ durch kann ein Nacheilen des Lenkhandrades gegenüber der Position des Lenkmotors kompensiert werden. Wird ein Hilfsfluidstrom zugeführt, kann ein Vorauseilen des Lenkhandrades vor dem Lenkmotor kompensiert werden, d. h. der Lenkmotor wird durch das zusätzliche Hilfsfluid weiter bewegt als er nur durch die Steuerung des Lenk­ handrades bewegt werden würde.

Bevorzugterweise wird der Hilfsfluidstrom proportional zur Lenkhandradgeschwindigkeit eingestellt. Es ergibt sich im wesentlichen ein lineares Verhältnis zwischen der Kompensierung und der Lenkhandradgeschwindigkeit.

Auch ist von Vorteil, daß der Hilfsfluidstrom proportio­ nal zum Lenkwinkelfehler eingestellt wird. Bei einem größeren Lenkwinkelfehler ist eine entsprechend größere Kompensierung erforderlich.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Lenkwinkelfehler nur zu einem Zeitpunkt ermittelt, an dem der Lenkmotor seine Neutralstellung durchläuft, wobei der Hilfsfluidstrom nur über eine in Abhängigkeit vom Lenkwinkelfehler errechnete Zeitdauer aufrechterhal­ ten wird. Bei diesem Verfahren können relativ preiswerte Sensoren verwendet werden. Es ist nicht notwendig, daß die Position des Lenkmotors über seinen gesamten Arbeits­ bereich erfaßt wird. Die Lenkwinkelfehlerkompensierung erfolgt hierbei zwar im wesentlichen nur dann, wenn der Lenkmotor die Neutralstellung passiert hat. Dies ist jedoch auch der hauptsächliche Fall, wo ein Lenkwin­ kelfehler stört. Die Bedienungsperson möchte sich hierbei nämlich darauf verlassen können, daß das gelenkte Fahr­ zeug auch geradeaus fährt, wenn sie eine Geradeausfahrt am Lenkhandrad eingestellt hat.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Zeitdauer T nach folgender Beziehung errechnet wird:

T = D× F/q,

wobei D die Verdrängung des Meßmotors, F der Lenkwinkel­ fehler und q die Größe des Hilfsfluidstroms ist. Die Größe des Hilfsfluidstroms kann in diesem Fall von der Lenkhandradgeschwindigkeit abhängig gemacht werden. Da die Verdrängung des Meßmotors bekannt ist, läßt sich aus der genannten Beziehung bestimmen, wie lange der Hilfsfluidstrom fließen muß, um einen Lenkwinkelfehler zu kompensieren. Nach dieser Zeitdauer geht man davon aus, daß der Fehler kompensiert ist. Der Hilfsfluidstrom wird dann abgeschaltet, wenn in der Zwischenzeit nicht eine neue Bestimmung des Lenkwinkelfehlers erfolgt ist, beispielsweise beim erneuten Durchlaufen der Neutralstel­ lung des Lenkmotors.

Um auch die Möglichkeit zu erfassen, einen während der Kompensierung entstehenden neuen Lenkwinkelfehler zu kompensieren, wird der Lenkwinkelfehler vorzugsweise mit einem adaptiven Verstärkungsfaktor multipliziert, dessen Größe in Abhängigkeit von nacheinander auftreten­ den Lenkwinkelfehlern bestimmt wird. Die Kompensierung der Lenkwinkelfehler wird dadurch entscheidend ver­ bessert.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Verstärkungsfaktor ver­ größert wird, wenn die Größe des Lenkwinkelfehlers zu­ nimmt, daß er konstant gehalten wird, wenn sie abnimmt, und daß er verkleinert wird, wenn der Lenkwinkelfehler sein Vorzeichen wechselt. Hierdurch wird erreicht, daß sich der Verstärkungsfaktor adaptiv so einstellt, daß immer eine möglichst gute Kompensierung des Lenkwinkel­ fehlers erreicht werden kann, auch wenn in der Zwischen­ zeit neue Fehlerursachen, beispielsweise Leckagen, auf­ treten.

Die Aufgabe wird bei einer vollhydraulischen Lenkung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Multi­ plizierer vorgesehen ist, der die Ausgänge des Differen­ zenbildners und des Differentiators miteinander multipli­ ziert, wobei der Ausgang des Multiplizierers über ein Proportionalglied mit einer mit der Ventileinrichtung signalmäßig verbundenen Ventilsteuereinrichtung verbunden ist.

Der Multiplizierer ermittelt das Produkt aus Lenkwinkel­ fehler und Lenkhandradgeschwindigkeit. Vorzugsweise gibt er den Betrag dieses Produkts aus. Das Produkt wird an die Ventilsteuereinrichtung weitergegeben, die in Abhängigkeit von diesem Produkt die Ventileinrichtung betätigt. Bei einer großen Lenkhandradgeschwindigkeit oder bei einem Lenkwinkelfehler wird ein großer Hilfs­ fluidstrom in die Leitung zwischen der Lenksteuereinrich­ tung und dem Lenkmotor eingespeist oder daraus entnommen. Bei einer kleinen Lenkhandradgeschwindigkeit oder einem kleinen Lenkwinkelfehler ist der Hilfsfluidstrom entspre­ chend kleiner. Der Multiplizierer und der Differenzen­ bildner können, wie auch der Differentiator, sowohl analog als auch digital ausgebildet sein. Der Fluidpfad beinhaltet die beiden Leitungen von der Lenksteuerein­ richtung zum Lenkmotor. Je nach der Richtung, in der der Lenkmotor ausgelenkt werden soll, ist eine der beiden Leitungen mit Pumpendruck und die andere mit Tankdruck beaufschlagt.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Hilfsfluidpfad eine Ver­ bindung zwischen Fluidpfad und Pumpe und/oder Fluidpfad und Tank herstellt. Je nachdem, auf welcher Seite des Lenkmotors ein Fehler aufgetreten ist, d. h. ob das Lenk­ handrad dem Lenkmotor nachhinkt oder voreilt, kann eine Kompensierung durch ein Ablassen des Hilfsfluidstromes vom oder ein Zufügen des Hilfsfluidstroms zum Hauptfluid­ strom sinnvoll sein.

Bevorzugterweise weist die Ventileinrichtung pulsbreiten­ modulierte Magnetventile auf. Hierbei muß keine Durch­ gangsöffnung eingestellt werden. Vielmehr öffnen die Magnetventile beim Eintreffen eines entsprechenden Pulses vollständig. Nach dem Ende des Pulses schließen sie wieder vollständig. Im Mittel wird das Magnetventil dann eine Fluidmenge durchlassen, die ein Ventil durch­ lassen würde, dessen Teil-Öffnungsweite im Verhältnis zur Voll-Öffnungsweite dem Tastverhältnis, also dem Verhältnis von Pulsen zu Periodendauern, entspricht. Pulsbreitenmodulierte Magnetventile sind leicht ansteuer­ bar und relativ wartungsarm.

Bevorzugterweise sind Vorzeichendiskriminatoren vorge­ sehen, die das Vorzeichen des Lenkwinkelfehlers und der Lenkhandradgeschwindigkeit ermitteln und an die Ventilsteuereinrichtung weiterleiten. Die Ventilsteuer­ einrichtung kann unter Berücksichtigung des Lenkwinkel­ fehlers und der Lenkhandradgeschwindigkeit die notwen­ digen Ventile betätigen.

Auch ist von Vorteil, daß eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens zwei zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelte Lenkwinkelfehler miteinander vergleicht und deren Ausgang mit einem Verstärker mit variabler Verstärkung verbunden ist, der zwischen dem Differenzenbildner und dem Multiplizierer angeordnet ist. Die Vergleichseinrichtung ändert dabei den Verstär­ kungsfaktor. Mit Hilfe der Vergleichseinrichtung läßt sich eine adaptive Anpassung des Verstärkungsfaktors an die Bedürfnisse des Systems erreichen, um die Regel­ genauigkeit zu verbessern und den Lenkwinkelfehler immer mit dem notwendigen Hilfsfluidstrom zu kompensieren. Stellt sich heraus, daß sich der Lenkwinkelfehler ver­ größert, muß der für die Fehlerkompensierung verwendete Hilfsfluidstrom vergrößert werden. In diesem Fall steigt der Verstärkungsfaktor. Wird der Lenkwinkelfehler hin­ gegen kleiner, ist dies ein Zeichen dafür, daß man auf dem richtigen Weg ist. In diesem Fall kann der Verstär­ kungsfaktor konstantgehalten werden. Wenn sich das Vor­ zeichen des Lenkwinkelfehlers umdreht, ist dies ein Zeichen dafür, daß der Verstärkungsfaktor zu groß war. In diesem Fall wird der Verstärkungsfaktor verkleinert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lenkmotor­ sensor als Schalter ausgebildet, der beim Durchfahren einer vorbestimmten Stellung des Lenkmotors, insbesondere der Neutralstellung, ein Abtastsignal erzeugt, aufgrund dessen der Differenzenbildner den Lenkwinkelfehler ermit­ telt und hält. In diesem Fall ist es nicht notwendig, den kompletten Arbeitsbereich des Lenkmotors mit einem Sensor abzutasten und die Stellung des Lenkmotors genau zu erfassen. Hierfür wäre ein relativ teurer und aufwen­ diger Lenkmotorsensor erforderlich. Wenn man die Fehler­ kompensierung auf die Position beschränkt, in der der Lenkmotor sich in seiner Neutralstellung befindet, läßt sich die gesamte Lenkung wesentlich einfacher und preis­ günstiger ausführen. Ein Verzicht auf Komfort muß damit nicht verbunden sein, da eine Korrektur in der Umgebung der Neutralstellung ausreichend ist.

Wenn eine genauere Auflösung gewünscht ist, kann vorge­ sehen sein, daß der Lenkmotorsensor eine Mehrzahl von Schaltern aufweist, die entlang des Arbeitsbereichs des Lenkmotors angeordnet sind. In diesem Fall erfolgt eine Auflösung der Position des Lenkmotors in diskrete Schritte. Die Anzahl der Schalter entspricht dabei der Anzahl der Bereiche, in der die Position des Lenkmotors aufgelöst werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt die einzige Figur eine voll­ hydraulische Lenkung.

Eine vollhydraulische Lenkung 1 weist eine Pumpe 2 auf, die Hydraulikfluid aus einem Tank 3 über einen Pumpenan­ schluß P zu einer Lenksteuereinrichtung 4 fördert. Die Lenksteuereinrichtung weist einen Tankanschluß T auf, über den Hydraulikfluid wieder in den Tank 3 zurück­ fließt. Die Lenksteuereinrichtung 4 ist mit einem Lenk­ handrad 5 verbunden. Auf dem Lenkhandrad ist ein Knopf 6 angeordnet, mit dessen Hilfe eine Bedienungsperson feststellen kann, in welcher winkelmäßigen Position sich das Lenkhandrad befindet. Die Position des Lenk­ handrades 5 wird über einen Lenkhandradsensor 7 abge­ tastet.

Die Lenksteuereinrichtung 4 ist über zwei Arbeitsan­ schlüsse R, L mit den beiden Arbeitsräumen 9, 10 eines Lenkmotors 8 verbunden. Der Lenkmotor 8 steuert ein gelenktes Rad 11, das an einem nicht dargestellten Fahr­ gestell eines Fahrzeugs drehbar befestigt ist. Die Posi­ tion des Lenkmotors 8 wird über einen Lenkmotorsensor 12 erfaßt.

Die beiden Leitungen R, L zwischen der Lenksteuereinrich­ tung 4 und dem Lenkmotor 8 bilden einen Hauptfluidpfad, durch den die Pumpe 2 einen durch die Lenksteuereinrich­ tung 4 gesteuerten Hauptfluidstrom fördert. Soll bei­ spielsweise das Rad 11 nach rechts gelenkt werden, stellt die Lenksteuereinrichtung 4 einen Pfad von dem Pumpenan­ schluß P zur Leitung R her. Hierbei wird der rechte Arbeitsraum 10 des Lenkmotors 8 mit Druck versorgt. Das Rad 11 dreht sich im Uhrzeigersinn und das Fahrzeug wendet sich nach rechts. Das aus dem linken Arbeitsraum 9 des Lenkmotors 8 verdrängte Fluid fließt über die Leitung L und die Lenksteuereinrichtung 4 sowie über den Anschluß T in den Tank 3 zurück. Die Lenksteuerein­ richtung mißt in bekannter Weise mit Hilfe eines nicht extra dargestellten Meßmotors die durch sie fließende Fluidmenge und unterbricht die Verbindung zwischen der Pumpenleitung P und der Arbeitsleitung R, wenn eine Fluidmenge durch sie hindurchgeströmt ist, die den Lenk­ motor 8 in eine Position gebracht hat, die der Winkelpo­ sition des Lenkhandrades 5 entspricht. Aufgrund unver­ meidlicher Leckagen, beispielsweise durch nicht vollstän­ dig dichtende Ventile in der Lenksteuereinrichtung 4, kann es allerdings vorkommen, daß sich im Laufe der Zeit eine fehlende Übereinstimmung zwischen der Position des Lenkmotors 8 und der Position des Lenkhandrades 5 ergibt. Beispielsweise ist der Knopf 6 auf dem Lenk­ handrad bereits in der Neutralstellung, auch wenn sich der Lenkmotor 8 noch nicht in der Neutralstellung befin­ det. Die Bedienungsperson, die sich auf die durch den Knopf 6 auf dem Lenkhandrad 5 versorgte Anzeige verläßt und geradeaus fahren will, fährt in Wirklichkeit einen leichten Bogen. Dies macht sich unangenehm bemerkbar.

Zur Kompensierung dieser Erscheinung ist eine Verarbei­ tungseinrichtung 13 vorgesehen, die mit Hilfe einer Ventileinrichtung 14 einen derartigen Lenkwinkelfehler, d. h. eine mangelnde Übereinstimmung zwischen der Position des Lenkmotors 8 und der Position des Lenkhandrades 5, kompensiert.

Die Ventileinrichtung 14 verbindet den Hauptfluidpfad L, R mit einem durch eine Hilfspumpenleitung 15 und eine Hilfstankleitung 16 gebildeten Hilfsfluidpfad. Die Ventileinrichtung 14 ist zwischen der Lenksteuerein­ richtung 4 und dem Lenkmotor 8 angeordnet. Der Hilfs­ fluidpfad umgeht die Lenksteuereinrichtung 4, d. h. die Hilfspumpenleitung 15 ist mit dem Pumpenanschluß P ver­ bunden. Die Hilfstankleitung 16 ist mit dem Tankanschluß T der Lenksteuereinrichtung 4 verbunden. Die Ventilein­ richtung 14 weist ein erstes Plusventil 17, das die Hilfspumpenleitung 15 mit der Arbeitsleitung L verbindet, ein zweites Plusventil 18, das die Hilfspumpenleitung 15 mit der anderen Arbeitsleitung R verbindet, ein erstes Minusventil 19, das die Arbeitsleitung L mit der Hilfs­ tankleitung 16 verbindet, und ein zweites Minusventil 20 auf, das die andere Arbeitsleitung R mit der Hilfs­ tankleitung 16 verbindet. Über die beiden Plusventile 17, 18 läßt sich ein Hilfsfluidstrom zusätzlich zu dem Hauptfluidstrom im Hauptfluidpfad L, R hinzufügen. Mit Hilfe der Minusventile 19, 20 läßt sich ein Hilfsfluid­ strom aus dem Hauptfluidstrom abzweigen. Die Plusventile 17, 18 und die Minusventile 19, 20 sind pulsbreitenmodu­ lierte Magnetventile, d. h. die Ventile werden in einer vorbestimmten Periode über einen vorbestimmten Anteil der Periode geöffnet und über den übrigen Teil der Perio­ de geschlossen gehalten. Der mittlere Öffnungsgrad ergibt sich dabei aus dem Tastverhältnis, d. h. aus dem Verhält­ nis von Öffnungszeit zu Periodenlänge der Ventile.

Die Steuerung der Ventileinrichtung 14 erfolgt mit Hilfe der Verarbeitungseinrichtung 13. Die Verarbeitungsein­ richtung 13 ist einerseits mit dem Lenkhandradsensor 7 und andererseits mit dem Lenkmotorsensor 12 verbunden. Das Ausgangssignal W_L des Lenkhandradsensors 7 wird einerseits einem Differentiator 21 und andererseits einem Differenzenbildner 22 zugeführt. Dem Differenzen­ bildner 22 wird ebenfalls das Ausgangssignal W_M des Lenkmotorsensors 12 zugeführt. Der Differentiator 21 bildet die zeitliche Ableitung des Signals W_L nach der Zeit, also die Lenkhandradgeschwindigkeit. Diese zeit­ liche Ableitung wird in der Zeichnung durch einen Punkt über dem W gekennzeichnet. Der Differenzenbildner 22 bildet eine Differenz F = W_M-W_L und leitet sie an einen Verstärker 23 weiter, der einen variablen Verstär­ kungsfaktor K aufweist. Am Ausgang des Verstärkers 23 erscheint das Signal F*. Dieses wird einem Multiplizierer 24 zugeführt, der den Betrag des Produktes von F*×W_L bildet. Der Ausgang des Multiplizierers 24 ist mit einem Proportionalglied 25 verbunden. Der Ausgang des Propor­ tionalglieds 25 ist mit einer Ventilsteuereinrichtung 26 verbunden. Die Ventilsteuereinrichtung 26 hat für jedes Plusventil 17, 18 und für jedes Minusventil 19, 20 einen Ausgang.

Die Verarbeitungseinrichtung 13 weist weiterhin einer­ seits einen Vorzeichendiskriminator 27 für das Vorzeichen des Lenkwinkelfehlers F, also der Differenz W_M-W_L und andererseits einen Vorzeichendiskriminator 28 für das Vorzeichen der Lenkhandradgeschwindigkeit W_L auf. Die Ausgänge der Vorzeichendiskriminatoren 27, 28 werden der Ventilsteuereinrichtung 26 zugeführt. Aufgrund der von den Vorzeichendiskriminatoren 27, 28 zur Verfügung gestellten Informationen kann die Ventilsteuereinrichtung die Plusventile 17, 18 und die Minusventile 19, 20 so steuern, daß eine Kompensierung des Lenkwinkelfehlers F erfolgt.

Die Verarbeitungseinrichtung weist ferner ein Schiebe­ register 29 auf, in dem zwei zeitlich aufeinanderfolgende Werte F(n), F(n-1) des Lenkwinkelfehlers F gespeichert werden. Ein Anpassungsglied 30 bildet die Differenz der beiden aufeinanderfolgenden Lenkwinkelfehler F(n), F(n-1). Das Anpassungsglied 30 beeinflußt den Verstär­ kungsfaktor K des Verstärkers 23. Wenn der Lenkwinkelfeh­ ler F steigt, d. h. wenn die Differenz F(n), F(n-1) größer als Null ist, wird der Verstärkungsfaktor vergrößert. Wenn der Lenkwinkelfehler F abnimmt, d. h. die Differenz kleiner als Null ist, wird der Verstärkungsfaktor K konstantgehalten. Wenn der Lenkwinkelfehler F sein Vor­ zeichen wechselt, wird der Faktor K vermindert.

Solange das Lenkhandrad 5 nicht gedreht wird, ist seine Geschwindigkeit Null. Es erfolgt keine Kompensierung, d. h. der Lenkmotor 8 wird weder über den Hauptfluidpfad L, R noch über den Hilfsfluidpfad 15, 16 mit Hydraulik­ fluid versorgt. Wenn das Lenkhandrad jedoch gedreht wird, kann eine Kompensierung eines möglicherweise vor­ handenen Lenkwinkelfehlers F erfolgen. Hierbei wird das Produkt aus der Lenkhandradgeschwindigkeit und dem Lenkwinkelfehler gebildet, das gegebenenfalls mit Hilfe von Proportionalfaktoren modifiziert worden ist. Daraus ergibt sich, daß bei einer kleinen Lenkhandradgeschwin­ digkeit die Kompensierung behutsam erfolgt, d. h. es wird lediglich ein kleiner Hilfsfluidstrom durch die Ventileinrichtung 14 für die Kompensierung benutzt. Wird das Lenkhandrad 5 hingegen mit einer größeren Ge­ schwindigkeit bewegt, kann die Kompensierung eines mög­ licherweise vorhandenen Lenkwinkelfehlers F auch mit einem größeren Hilfsfluidstrom erfolgen.

Der Lenkmotorsensor 12 wurde bisher als Sensor betrach­ tet, der kontinuierlich über den gesamten Arbeitsbereich des Lenkmotors 8 die Position des Lenkmotors 8 erfassen kann. In einer vereinfachten Ausführungsform ist der Lenkmotorsensor 12 jedoch nur noch als Schalter ausgebil­ det, der ein Signal genau zu dem Zeitpunkt abgibt, an welchem der Lenkmotor 8 seine Neutralstellung durchläuft. Da in diesem Fall der Lenkmotorwinkel W_M gleich Null ist, läßt sich die Leitung zwischen Lenkmotorsensor 12 und dem Differenzenbildner 22 auch für die Übertragung eines Abtast- und Haltesignals verwenden. Der Differen­ zenbildner 22 erfaßt zu diesem Zeitpunkt den Ausgang W_L des Lenkhandradsensors 7 und hält diesen Wert fest. Dieser Wert entspricht dann dem Lenkwinkelfehler F. Er kann auf die übliche Weise verarbeitet werden. Da die Verdrängung des Meßmotors der Lenksteuereinrichtung 4 und die Größe des durch die Plusventile 17, 18 bzw. die Minusventile 19, 20 eingestellten Hilfsfluidstromes bekannt ist, läßt sich ausrechnen, zu welchem Zeitpunkt bzw. nach welcher Zeitdauer genügend Hilfsfluid geflossen ist, um eine Lenkwinkelfehlerkompensierung abschließen zu können. Diese Zeitdauer T wird nach der folgenden Beziehung ermittelt:

T = D × F/q,

wobei D die Verdrängung des Meßmotors, F der Lenkwinkel­ fehler und q die Größe des Hilfsfluidstromes ist. Ge­ gebenenfalls muß anstelle des Lenkwinkelfehlers F der korrigierte Lenkwinkelfehler F* verwendet werden. Die Größe des Hilfsfluidstromes läßt sich aus dem Druck der Pumpe 2 und dem Öffnungsgrad der Ventile 17 bis 20 errechnen. Die Plusventile 17, 18 bzw. die Minusventile 19, 20 werden also bei Auftreten eines Lenkwinkelfehlers F nach dem Durchlaufen der Neutralstellung durch den Lenkmotor 8 lediglich für die Zeitdauer T geöffnet gehal­ ten. Danach kann man davon ausgehen, daß der Fehler kompensiert ist. Damit die Ventilsteuereinrichtung 26 diese Zeitdauer T ausrechnen kann, kann ihr auch noch die Größe des Lenkwinkelfehlers F zugeführt werden. Durch die adaptive Anpassung des Verstärkungsfaktors K des Verstärkers 23 läßt sich auch der Nachteil ausglei­ chen, daß möglicherweise während der Kompensierung des Lenkwinkelfehlers F weitere Fehlerursachen auftreten, also beispielsweise zusätzliche Leckagen. Die nächste Lenkwinkelkompensierung erfolgt dann eben mit einem entsprechend größeren Hilfsfluidstrom. Sollte der Lenk­ motor 8 während der Zeit der Kompensierung die Neutral­ stellung erneut durchlaufen, wird ein neuer Kompensa­ tionszyklus begonnen, d. h. eine neue Kompensationszeit T ermittelt. Alternativ kann man während der Korrektur­ zeit T auf das Takten des jeweiligen Magnetventils ver­ zichten. In diesem Fall wird dieses Magnetventil voll­ ständig geöffnet gehalten. Die Größe q entspricht dann dem Hilfsfluidstrom bei völlig geöffnetem Magnetventil. In einer zweiten Alternative kann die Größe T auch die Summe der einzelnen Öffnungszeiten des Magnetventils sein, wenn das Magnetventil getaktet wird. Auch in diesem Fall entspricht die Größe q dem Hilfsfluidstrom bei völlig geöffnetem Magnetventil.

Der Lenkmotorsensor 12 kann auch aus einer Vielzahl von einzelnen Schaltern bestehen, die durch den Lenkmotor positionsabhängig betätigt werden. In diesem Fall erhält man einen Kompromiß zwischen einer kontinuierlichen Positionsbestimmung und der Positionsbestimmung nur im Nulldurchgang. Die Auflösung des Arbeitsbereichs des Lenkmotors 8 erfolgt dann in so viel Schritten, wie Schalter vorhanden sind.

Die dargestellte Lenkung 1 kann mit herkömmlichen Mitteln aufgebaut werden. Es ist lediglich notwendig, am Ausgang einer bekannten Lenksteuereinrichtung 4 die Ventilein­ richtung 14 anzuordnen und für eine entsprechende An­ steuerung durch die Verarbeitungseinrichtung 13 zu sorgen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Lenkwinkelfehlerkompensierung bei einer vollhydraulischen Lenkung, bei dem beim Auslenken eines Lenkhandrades ein Lenkhandradwinkel und ein Lenkmotorwinkel sowie die Lenkhandradgeschwindigkeit ermittelt werden und der Fluidstrom zwischen einer Lenksteuereinheit und einem Lenkmotor in Abhängigkeit vom Lenkwinkelfehler und der Lenkhandradgeschwindigkeit verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierung bei jeder Lenkhandradgeschwindigkeit und jedem Lenkwinkelfehler erfolgt, wobei der Lenkwinkelfehler mit der Lenkhandradgeschwindigkeit multipliziert wird und die Veränderung des Fluidstroms in Abhängigkeit von dem so erhaltenden Produkt vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Fluidstroms zwischen Lenk­ steuereinheit und Lenkmotor ein Hilfsfluidstrom unter Umgehung der Lenksteuereinheit zugeführt oder entnom­ men wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsfluidstrom proportional zur Lenkhandrad­ geschwindigkeit eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hilfsfluidstrom proportional zum Lenk­ winkelfehler eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelfehler nur zu einem Zeitpunkt ermittelt wird, an dem der Lenkmotor seine Neutralstellung durchläuft, wobei der Hilfsfluidstrom nur über eine in Abhängigkeit vom Lenkwinkelfehler errechnete Zeitdauer aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer T nach folgender Beziehung errechnet wird: T = D × F/q,wobei D die Verdrängung des Meßmotors, F der Lenkwin­ kelfehler und q die Größe des Hilfsfluidstroms ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Lenkwinkelfehler mit einem adaptiven Verstärkungsfaktor multipliziert wird, dessen Größe in Abhängigkeit von nacheinander auftretenden Lenk­ winkelfehlern bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor vergrößert wird, wenn die Größe des Lenkwinkelfehlers zunimmt, daß er konstantgehalten wird, wenn sie abnimmt und daß er verkleinert wird, wenn der Lenkwinkelfehler sein Vorzeichen wechselt.

9. Vollhydraulische Lenkung, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem Lenkmotor, einer mit diesem über einen Fluidpfad verbundenen Lenksteuereinrichtung, die mit Hilfe eines Lenkhandrades betätigbar ist, einem Lenkhandradsensor, einem Lenkmotorsensor, einer Verarbeitungseinrichtung und einem Hilfsfluidpfad, der vom Fluidpfad abzweigt und die Lenksteuer­ einrichtung umgeht und eine Ventileinrichtung zur Steuerung des durch den Hilfsfluidpfad fließenden Hilfsfluidstroms aufweist, die von der Verarbeitungs­ einrichtung betätigbar ist, wobei die Verarbeitungs­ einrichtung einen Differenzenbildner zur Ermittlung des Lenkwinkelfehlers und einen Differentiator zur Ermittlung der Lenkhandradgeschwindigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multiplizierer (24) vorgesehen ist, der die Ausgänge des Differenzenbild­ ners (22) und des Differentiators (21) miteinander multipliziert, wobei der Ausgang des Multiplizierers (24) über ein Proportionalglied (25) mit einer mit der Ventileinrichtung (14) signalmäßig verbundenen Ventilsteuereinrichtung (26) verbunden ist.

10. Lenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsfluidpfad (15, 16) eine Verbindung zwischen Fluidpfad (L, R) und Pumpe (2) und/oder Fluidpfad (L, R) und Tank (3) herstellt.

11. Lenkung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ventileinrichtung (14) pulsbreitenmodu­ lierte Magnetventile (17-20) aufweist.

12. Lenkung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Vorzeichendiskriminatoren (27, 28) vorgesehen sind, die das Vorzeichen des Lenk­ winkelfehlers (F) und der Lenkhandradgeschwindigkeit (W_L) ermitteln und an die Ventilsteuereinrichtung (26) weiterleiten.

13. Lenkung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (30) vorgesehen ist, die mindestens zwei zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Lenkwinkelfehler F(n), F(n-1) miteinander vergleicht und deren Ausgang mit einem Verstärker (23) mit variabler Verstärkung (K) verbun­ den ist, der zwischen dem Differenzenbildner (22) und dem Multiplizierer (24) angeordnet ist.

14. Lenkung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkmotorsensor (12) als Schalter ausgebildet ist, der beim Durchfahren einer vorbestimmten Stellung des Lenkmotors (8), insbeson­ dere der Neutralstellung, ein Abtastsignal erzeugt, aufgrund dessen der Differenzenbildner (22) den Lenkwinkelfehler (F) ermittelt und hält.

15. Lenkung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkmotorsensor (12) eine Mehrzahl von Schaltern aufweist, die entlang des Arbeitsbereichs des Lenkmotors (8) angeordnet sind.