DE102005009952A1

DE102005009952A1 - Fahrzeug-Servolenksystem der Closed-Center-Bauart

Info

Publication number: DE102005009952A1
Application number: DE200510009952
Authority: DE
Inventors: Steffen Dr. Müller; Imre Nagy
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Servolenksystem der Closed-Center-Bauart mit einem Regelsystem zur Ansteuerung zumindest eines Lenkventils, über das aus einem Hydraulikkreislauf ein Hydraulikmedium einer Arbeitskammer eines Lenkzylinders zuführbar oder aus dieser abführbar ist, so dass ein Stellkolben des Lenkzylinders eine Servokraft zum Einschlagen der lenkbaren Fahrzeugräder abgibt, wobei das Regelsystem neben dem vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkmoment und der an den lenkbaren Rädern wirkenden Lenkkraft oder Servokraft zumindest eine weitere Eingangsgröße verarbeitet. Dabei enthält der Hydraulikkreislauf einen Druckspeicher für das Hydraulikmedium und es ist der im Druckspeicher vorliegende Hydraulikdruck eine weitere Eingangsgröße für das Regelsystem. Die Position des Stellkolbens bezüglich des Lenkzylinders oder eine hiermit korrelierende Größe kann eine weitere Eingangsgröße für das Regelsystem sein, ebenso wie die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die vom Fahrer vorgegebene Lenkgeschwindigkeit. Bevorzugt arbeitet dabei das Lenkventil nach Art eines Druckregelventils mit den beiden Arbeitskammern des Lenkzylinders zugeordneten Ausgängen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Servolenksystem der Closed-Center-Bauart mit einem Regelsystem zur Ansteuerung zumindest eines Lenkventils, über das aus einem Hydraulikkreislauf ein Hydraulikmedium einer Arbeitskammer eines Lenkzylinders zuführbar oder aus dieser abführbar ist, so dass ein Stellkolben des Lenkzylinders eine Servokraft zum Einschlagen der lenkbaren Fahrzeugräder abgibt, wobei das Regelsystem neben dem vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkmoment und der an den lenkbaren Rädern wirkenden Lenkkraft oder Servokraft zumindest eine weitere Eingangsgröße verarbeitet. Zum bekannten Stand der Technik wird neben der DE 203 19 656 U1 insbesondere auf die DE 41 18 947 A1 verwiesen.

Bekanntlich wird bei hydraulischen Servo-Lenksystemen für Fahrzeuge zwischen solchen der closed-center-Bauart und solchen der open-center-Bauart unterschieden. Während bei letzteren das die Servokraft bereitstellende Hydraulikmedium kontinuierlich, und somit auch dann, wenn kein Lenkbedarf besteht, umgewälzt wird, wird bei ersteren nur dann Hydraulikmedium bzw. Druck im Hydraulikmedium „verbraucht", wenn tatsächlich ein Lenkvorgang erfolgt. Hinsichtlich des Wirkungsgrades sind closed-center-Lenksysteme daher vorzuziehen, jedoch zeichnen sich open-center-Lenksysteme durch ein besseres Ansprechverhalten aus.

Es wurde bereits versucht, ein closed-center-Lenksystem durch optimierte Ansteuerung des sog. Lenkventils im Ansprechverhalten zu verbessern bzw. an closed-center-Lenksysteme heranzuführen, jedoch sind die hierbei bislang erzielten Ergebnisse nicht ausreichend. Dabei ist ein möglicher Regelkreis zur Ansteuerung des Lenkventils in der eingangs zweitgenannten Schrift (in Verbindung mit der dortigen 8 und der zugehörigen Figurenbeschreibung) offenbart. Bei dieser bekannten closed-center-Servo-Lenkeinrichtung ist kein Druckspeicher für das Hydraulikmedium vorgesehen, jedoch ist die Verwendung eines solchen Druckspeichers auch im Hinblick auf eine Verbesserung des Ansprechverhaltens einer closed-center-Lenkung bekannt. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform mit (in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs) veränderlichem Solldruck im Druckspeicher ist dabei aus der eingangs erstgenannten Schrift bekannt.

Hiermit soll nun eine Maßnahme zur weiteren Verbesserung des Ansprechverhaltens einer closed-center-Lenkung aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Fahrzeug-Servolenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkreislauf einen Druckspeicher für das Hydraulikmedium enthält und dass der im Druckspeicher vorliegende Hydraulikdruck eine weitere Eingangsgröße für das Regelsystem ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Ein Druckspeicher im Hydraulikkreislauf eines closed-center-Lenksystems ermöglicht bei einer Lenkanforderung des Fahrers die quasi sofortige Bereitstellung von Hydraulikmedium unter Druck, so dass nicht erst mit Zeitverzögerung eine Hydraulikpumpe den erforderlichen Druck bereit stellen muss. Der Hydraulikdruck im Druckspeicher kann jedoch in gewissem Umfang variieren. Ein eindeutiges, reproduzierbares Verhalten des Lenksystems ist daher nur dann gewährleistet, wenn die aktuelle Höhe des Hydraulikdrucks im Druckspeicher im Rahmen der Ansteuerung des Lenkventils geeignet berücksichtigt wird. Eine derartige Berücksichtigung im Regelsystem für die Ansteuerung des Lenkventils wird nun für ein closed-center-Lenksystem vorgeschlagen. In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Regelsystems können dabei geeignete veränderbare Faktoren beispielsweise eines Proportionalglieds oder eines Integralglieds oder eines Differentialglieds oder entsprechende Faktoren in Filtern oder Verzögerungsgliedern in Abhängigkeit vom aktuellen Hydraulikdruck im Druckspeicher in geeigneter Weise geändert werden, so wie dies dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist. Besonders wirkungsvoll ist eine entsprechende Berücksichtigung des Hydraulikdrucks im Druckspeicher eines closed-center-Lenksystems selbstverständlich dann, wenn dieser Hydraulikdruck über einen größeren Wertebereich variabel ist, so wie dies in der bereits genannten DE 203 19 656 U1 beschrieben ist; aber auch dann, wenn der Druck in einem engeren Bereich gehalten wird, führt aufgrund der unvermeidbaren Hysterese die Berücksichtigung des aktuellen Speicher-Drucks bei der Ansteuerung des Lenkventils zu einem verbesserten Ansprechverhalten der Lenkung sowie insbesondere auch zu einem verbesserten Lenkgefühl für den Fahrer des Fahrzeugs. Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass hier zwar von einer Berücksichtigung des Hydraulikdrucks im Druckspeicher gesprochen wird, dass hierfür aber nicht zwangsläufig der Druck im Druckspeicher bestimmt oder gemessen werden muss, sondern dass hierfür alternativ auch der Hydraulikdruck an einer anderen geeigneten Stelle des Hydraulikkreislaufs, die mit dem Speicherraum des Druckspeichers zumindest im wesentlichen in druckübertragender Verbindung steht, ermittelt werden kann.

Ebenso wie der jeweils aktuelle Hydraulikdruck im Druckspeicher kann auch die Position des Stellkolbens bezüglich des Lenkzylinders oder eine hiermit korrelierende Größe eine weitere Eingangsgröße für das Regelsystem zur Ansteuerung des Lenkventils (bzw. der ggf. mehreren Lenkventile, nämlich bspw. falls für eine Lenkbewegung nach links bzw. nach rechts unterschiedliche Lenkventile vorgesehen sind) sein. Hiermit wird bei einer Ansteuerung des Lenkventils also berücksichtigt, wie weit die Lenkung bereits eingeschlagen ist. Realisierbar ist hiermit also eine lenkwinkel-abhängige Unterstützungskraft. Neben den bereits genannten Größen können aber auch die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die vom Fahrer vorgegebene Lenkgeschwindigkeit weitere Eingangsgrößen für das Regelsystem zur Ansteuerung des Lenkventils bzw. der Lenkventile sein. Es kann vorteilhaft sein, die Servo-Wirkung des Lenksystems von diesen Größen abhängig zu gestalten.

Während im bekannten Stand der Technik als von einem Regelsystem angesteuerte Lenkventile üblicherweise Wegeventile zum Einsatz kommen, wird hier der Einsatz eines Druckregelventils hierfür vorgeschlagen, womit gezielt ein gewünschter Druck und somit eine gewünschte Kraftunterstützung im Lenkzylinder einstellbar ist, und zwar unabhängig von störenden Einflussgrößen wie insbesondere der aktuellen Temperatur des Hydraulikmediums. Dabei können zwei Druckregelventile voneinander getrennt für eine Lenkbewegung nach links bzw. nach rechts vorgesehen sein, es ist aber auch ein quasi zusammengefasstes Druckregelventil möglich, mit den beiden Arbeitskammern des Lenkzylinders zugeordneten Ausgängen.

Auf das wesentliche abstrahiert ist in der beigefügten einzigen Figur ein Regelansatz für ein erfindungsgemäßes Regelsystem dargestellt. Dabei gelten die folgenden Bezeichnungen:

M_H: vom Fahrer vorgegebenes Lenkmoment
Δp_PC: Ist-Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitskammern des Lenkzylinders
Δp_PC ^des: Soll-Druckdifferenz zwischen den Arbeitskammern des Lenkzylinders
F_Servo: Servokraft (als Produkt von Δp_PC mit der Wirkfläche A_P des Lenkzylinders)
U_SV: Ansteuersignal des Lenkventils, bspw. als elektrisches Spannungssignal

Gemäß diesem nur prinzipiell dargestellten adaptiv linearen Regelansatz ermittelt somit das Regelsystem des Servolenksystems aus dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkmoment M_H unter Berücksichtigung einer Unterstützungskennlinie sowie eines Vorhaltegliedes (= Differentialglied) eine Soll-Servokraft bzw. einen entsprechenden Druckwert (Δp_PC ^des), der bzw. dem die über eine Regelstrecke veränderte Ist-Servokraft bzw. ein entsprechender Druckwert (Δp_PC) rückgeführt wird, wobei die Regelstrecke mit einem Kompensationsglied sowie mit einem PID-Regler versehen ist. Wie dargestellt können im Vorhalteglied und/oder im Kompensationsglied und/oder im PID-Regler Faktoren oder dgl. geeignet geändert werden, und zwar in Abhängigkeit von den angegebenen Größen wie Zahnstangenposition bzw. -geschwindigkeit (im Falle einer Zahnstangenlenkung entsprechen diese Größen der Position des Stellkolbens bezüglich des Lenkzylinders bzw. der vom Fahrer vorgegebenen Lenkgeschwindigkeit), Fahrzeuggeschwindigkeit und Speicherdruck, d.h. dem Hydraulikdruck im genannten Druckspeicher.
Anstelle eines solchen adaptiv linearen Regelansatzes kann die Regelstrecke jedoch auch mit Eingangs- und Ausgangs-Linearisierung mit flachheitsbasierter Vorsteuerung aufgebaut sein, was so dem Fachmann für Regelungstechnik grundsätzlich bekannt ist. Dabei sei noch darauf hingewiesen, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Fahrzeug-Servolenksystem der Closed-Center-Bauart mit einem Regelsystem zur Ansteuerung zumindest eines Lenkventils, über das aus einem Hydraulikkreislauf ein Hydraulikmedium einer Arbeitskammer eines Lenkzylinders zuführbar oder aus dieser abführbar ist, so dass ein Stellkolben des Lenkzylinders eine Servokraft zum Einschlagen der lenkbaren Fahrzeugräder abgibt, wobei das Regelsystem neben dem vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkmoment und der an den lenkbaren Rädern wirkenden Lenkkraft oder Servokraft zumindest eine weitere Eingangsgröße verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkreislauf einen Druckspeicher für das Hydraulikmedium enthält und dass der im Druckspeicher vorliegende Hydraulikdruck eine weitere Eingangsgröße für das Regelsystem ist.
Fahrzeug-Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Stellkolbens bezüglich des Lenkzylinders oder eine hiermit korrelierende Größe eine weitere Eingangsgröße für das Regelsystem ist.
Fahrzeug-Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die vom Fahrer vorgegebene Lenkgeschwindigkeit weitere Eingangsgrößen für das Regelsystem sind.
Fahrzeug-Servolenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Regelsystem aus dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkmoment unter Berücksichtigung einer Unterstützungskennlinie sowie eines Vorhaltegliedes eine Soll-Servokraft ermittelt, der die über eine Regelstrecke veränderte Ist-Servokraft rückgeführt wird, wobei die Regelstrecke nach einem adaptiven linearen Regelansatz aufgebaut ist, mit einem Kompensationsglied sowie mit einem PID-Regler.
Fahrzeug-Servolenksystem nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Regelsystem aus dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkmoment unter Berücksichtigung einer Unterstützungskennlinie sowie eines Vorhaltegliedes eine Soll-Servokraft ermittelt, der die über eine Regelstrecke veränderte Ist-Servokraft rückgeführt wird, wobei die Regelstrecke mit Eingangs- und Ausgangs-Linearisierung mit flachheitsbasierter Vorsteuerung aufgebaut ist.
Fahrzeug-Servolenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkventil nach Art eines Druckregelventils arbeitet, mit den beiden Arbeitskammern des Lenkzylinders zugeordneten Ausgängen.