DE4241785A1

DE4241785A1 - Hilfskraftlenkanlage mit variablem Einschaltpunkt

Info

Publication number: DE4241785A1
Application number: DE19924241785
Authority: DE
Inventors: Fred Galkowski; Peter Dipl Ing Kraft
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2012-12-12
Also published as: DE4241785B4

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Hilfskraftlenkanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem variablen Einschaltpunkt für die Hydraulikpumpe.

Aus der DE 32 20 313 A1 ist eine gattungsgemäße Hilfskraftlenkanlage bekannt, deren zum Antrieb der Hydraulikpumpe dienender Elektromotor bei Hilfskraftbedarf, d. h. wenn das vom Fahrer aufzubringende Lenkmoment einen gewissen Wert übersteigt, von einem Stand-by-Modus (niedrige Leistung) in eine Betriebsart höherer Leistung umgeschaltet wird. Die in der Betriebsart höherer Leistung dem Elektromotor zugeführte Leistung wird mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit vermindert. Nachteilig an dieser Hilfskraftlenkanlage ist, daß zwar die Stärke der Lenkkraftunterstützung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, aber bereits bei einem niedrigen, vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment eine Lenkkraftunterschützung auftritt. So werden unter Umständen auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten geringfügige Lenkbewegungen oder auch durch äußere Einflüsse auf die Lenkanlage, (z. B. Spurrillen) ausgeübte Störmomente von der Hilfskraftlenkanlage unterstützt, was sowohl den Fahrkomfort als auch die Sicherheit des Fahrzeugs ungünstig beeinflussen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Hilfskraftlenkanlage vorzuschlagen, die einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Komfort und eine erhöhte Sicherheit bietet.

Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 durch ein geschwindigkeitsabhängiges Variieren der Lenkmomentschwelle gelöst.

Vorteilhafterweise wird bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten auch die Lenkmomentschwelle bei einem niedrigen Wert liegen, während bei hohen Geschwindigkeiten der Schwellenwert hoch angesetzt wird. Nur in der hier vorgestellten Kombination der beiden Maßnahmen, Variation von Elektromotorleistung gekoppelt mit Variation von Lenkmomentschwelle, ist ein Optimum sowohl an Komfort, Fahrzeugsicherheit als auch an Energieeinsparung erreichbar, da die Hilfskraftunterstützung einerseits nur bei entsprechendem Bedarf erfolgt, und andererseits ihre Stärke in einer der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepaßten Art und Weise variiert wird.

Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, z. B. beim Parkieren, ist es erwünscht, daß die Hilfskraftunterstützung bereits bei einem niedrigen, vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment mit hoher Leistung zur Verfügung steht. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten sollte die Stärke der Unterstützung gering sein, um ein ungewolltes starkes Lenken, welches wegen der hohen Fahrzeuggeschwindigkeit leicht zu Unfällen führen könnte, zu verhindern. Die erfindungsgemäß vorgesehene hohe Lenkmomentschwelle unterstützt diesen Effekt zusätzlich.

Die variable Lenkmomentschwelle kann in Stufen variiert werden, z. B. durch Herabsetzen vom Maximalwert auf zwei Drittel dieses Wertes unterhalb einer oberen Geschwindigkeitsmarke und Herabsetzen auf ein Drittel des Maximalwerts unterhalb einer unteren Geschwindigkeitsmarke. Es sind aber auch mehrere derartiger Stufen möglich.

Besonders vorteilhaft ist es allerdings nach Anspruch 2, die Lenkmomentschwelle kontinuierlich von einem Maximalwert bei hohen Geschwindigkeiten auf einen Minimalwert bei niedrigen Geschwindigkeiten zu verändern, da dann keine sprunghaften, vom Fahrer eventuell als störend empfundenen Änderungen im Ansprechverhalten der Hilfskraftlenkanlage auftreten.

Die Ansprüche 3 und 4 beziehen sich auf die Elektromotorleistung im Nichtbedarfsfall. Eine energiesparende Lösung sieht vor, den Elektromotor bei Nichtbedarf abzuschalten, während ein Betrieb in einem sogenannten Stand-by-Modus mit z. B. einem Drittel der Maximalleistung ein schnelles Hochfahren des Elektromotors und damit ein schnelles Ansprechen der Hilfskraftunterstützung ermöglicht.

Weitere Vorteile und die Funktionsweise der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung anhand der Abbildungen.

Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkanlage,

Fig. 2 ein Diagramm Lenkmomentschwelle M_S [Nm] über relativer Fahrzeuggeschwindigkeit v/v_max,

Fig. 3 ein Diagramm der am Elektromotor angelegten Spannung U [V] über relativer Fahrzeuggeschwindigkeit v/v_max,

Fig. 4 ein Diagramm der Steuerventilkennlinie p [bar] aufgetragen über M [Nm].

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Hilfskraftlenkanlage schematisch dargestellt. Die vom Fahrer am Lenkrad 1 aufgebrachte Drehbewegung wird über die Lenkwelle 2 und das Steuerventil 3 auf das im Ritzelgehäuse 4 befindliche Ritzel übertragen, welches in einer hier nicht sichtbaren Zahnstange kämmt, die in einem Zahnstangengehäuse 5 geführt ist und deren Bewegung an die Spurstangen 6, 7 der Lenkeinrichtung übertragen wird.

Mit der Zahnstange fest verbunden ist ein Kolben 8, der in einem Servozylinder 9 geführt ist, welcher bezüglich fahrzeugfester Bauteile, z. B. dem Zahnstangengehäuse 5, unverschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 8 unterteilt den Servozylinder 9 in zwei Druckkammern, die über jeweils eine Leitung 10, 11 mit dem Steuerventil 3 in Verbindung stehen.

Das Steuerventil 3 steht über eine Druckleitung 12 mit der Druckseite der Pumpe 15 in Verbindung und über die Rückleitung 13 mit einem Tank 16. Die Pumpe 15 saugt über die Saugleitung 14 Hydraulikmedium aus dem Tank 16 an, welches über die Druckleitung 12 zum Steuerventil 3 gefördert wird.

Das Steuerventil 3 stellt in Abhängigkeit von der Lenkrichtung eine Verbindung zwischen Druckleitung 12 von der Pumpe einerseits und Druckleitung 10 bzw. Druckleitung 11 zum Servozylinder andererseits her. Die jeweils andere Druckleitung 11 bzw. 10 steht dann mit der Rückleitung 13 in Verbindung, so daß der Kolben 8 des Servozylinders 9 entsprechend der erwünschten Lenkrichtung nach links bzw. rechts verschoben wird.

An der Lenkwelle 2 ist ein Lenkmomentsensor 17 angebracht, der das vom Fahrer aufzuwendende Lenkmoment mißt und diesen Meßwert an eine elektrische Steuereinheit 18 weitergibt. Als weiteres Eingangssignal der Steuereinheit 18 ist ein Geschwindigkeitssignal vorgesehen, das ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 abgibt. Letztere kann durch einen elektronischen Tachometer oder durch Radsensoren einer eventuell vorhandenen blockiergeschützten Bremsanlage gebildet werden.

Die elektronische Steuereinheit 18 ist über das Zündschloß 20 mit der Batterie 21 verbindbar und mittels der Leitung 22 an den Elektromotor 23 angeschlossen, der die Pumpe 15 antreibt. Die elektronische Steuereinheit 18 steuert den Elektromotor 23 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem aufgebrachten Lenkmoment. Bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Elektromotor 23 bereits bei einem niedrigen, vom Lenkmomentsensor 17 abgegebenen Meßwert in Betrieb gesetzt, während bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Elektromotor 23 erst bei Anliegen eines großen Lenkmoments angeschaltet wird. Dabei wird die jeweilige Leistung, mit der der Elektromotor 23 betrieben wird, mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit herabgesetzt. Die entsprechenden Kennlinien sind in den Fig. 2 und 3 abgebildet.

In Fig. 3 ist die Versorgungsspannung U [V] über der relativen Geschwindigkeit v/v_max aufgetragen. Je höher die Versorgungsspannung U des Elektromotors 23 ist, um so schneller dreht sich dessen Welle, d. h. um so höher ist die Leistung der Pumpe 15. Auch hier zeigt wieder die Kurve A′ einen kontinuierlichen Verlauf, während Kurve B′ einen gestuften Verlauf von U(v/v_max) darstellt. Es ist vorgesehen, den Elektromotor bei Geschwindigkeit v/v_max = 0 mit der Spannung U = 13 V zu versorgen, während bei Maximalgeschwindigkeit nur eine Spannung von U = 7V anliegen soll, entsprechend etwa der halben Maximalleistung des Elektromotors 23.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Steuerventilkennlinie Druck p aufgetragen über Lenkmoment M. Dabei ist der Druck p derjenige, mit dem der Kolben 8 des Servozylinders 9 beaufschlagt wird, während das Drehmoment M das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment ist. Kurve K1 stellt die p(M)-Charakteristik bei niedriger Geschwindigkeit, Kurve K2 diejenige bei hoher Geschwindigkeit dar. Man erkennt, daß bei niedriger Geschwindigkeit die Lenkmomentschwelle niedrig liegt (Punkt S1), während bei hoher Geschwindigkeit die Lenkmomentschwelle stark angestiegen ist (Punkt S2). Da das Steuerventil 3 lenkmomentabhängig arbeitet, ist die Verbindung zwischen druckbeaufschlagter Leitung 10 bzw. 11 mit Druckleitung 12 bei einem Moment von M = 1Nm noch nicht zu 100% geöffnet, während sie dies bei einem höheren Moment, z. B. M < 4Nm bereits ist. Daher steigt Kurve K1 relativ flach an, obwohl die Pumpe 15 bereits auf voller Leistung läuft. Am Punkt S2 würde die Druckkurve wesentlich stärker ansteigen, wenn auch hier die Pumpe 15 mit der vollen Leistung arbeiten würde. Der dargestellte flache Anstieg der Kurve K2 rührt daher, daß die Pumpe 15 bei hohen Geschwindigkeiten mit niedriger Leistung betrieben wird, so daß das Anheben der Lenkmomentschwelle auf den dargestellten Wert nicht in einem Stoß in der Lenkanlage, d. h. einem steilen Anstieg des Druckes bei hohen Geschwindigkeiten resultiert.

Bezugszeichenliste

1 Lenkrad
2 Lenkwelle
3 Steuerventil
4 Ritzelgehäuse
5 Zahnstangengehäuse
6 Spurstange
7 Spurstange
8 Kolben
9 Servozylinder
10 Druckleitung
11 Druckleitung
12 Druckleitung
13 Rückleitung
14 Saugleitung
15 Pumpe
16 Tank
17 Lenkmomentsensor
18 elektronische Steuereinheit
19 Fzg.-Geschwindigkeitssensor
20 Zündschloß
21 Batterie
22 Leitung
23 E-Motor

Claims

1. Hilfskraftlenkanlage mit einer durch einen Elektromotor (23) angetriebenen Hydraulikpumpe (15), einem Lenkmomentsensor (17), einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (19), einer Steuerungseinheit (18), die den Elektromotor (23) in Abhängigkeit von den Sensorsignalen steuert, wobei der Elektromotor (23) bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit mit niedriger Leistung und bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit mit hoher Leistung betrieben wird, wenn eine Lenkmomentschwelle überschritten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkmomentschwelle geschwindigkeitsabhängig variiert wird.

2. Hilfskraftlenkanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die variable Lenkmomentschwelle bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten einen niedrigen Wert und bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten einen hohen Wert aufweist und gleichförmig von dem einen in den anderen Wert übergeht.

3. Hilfskraftlenkanlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (23) unterhalb der der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Lenkmomentschwelle abgeschaltet ist.

4. Hilfskraftlenkanlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (23) unterhalb der Lenkmomentschwelle mit verminderter Leistung betrieben wird.