DE19824914A1 - Servolenkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung mit einer Sensorik, durch die sich besondere Fahrzustände (wie z. B. stationäre Kreisfahrt oder Seitwärtsneigung des Fahrzeuges) erfassen lassen, bei denen ein charakteristisches Lenkmoment auftritt. Erfindungsgemäß werden diese Lenkmomente zur Verminderung der vom Fahrer aufzubringenden Handkräfte durch entsprechende automatische Ansteuerung des Servomotors der Lenkung zumindest teilweise kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer zur Lenkverstellung mit lenkbaren Fahrzeugrädern über eine Lenkgetriebeanordnung gekoppelten Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, sowie einem mit dem Lenkgetriebe antriebsmäßig gekoppelten Servoaggregat, welches in Abhängig­ keit von zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahr­ zeugrädern übertragenen Kräften eine Servokraft erzeugt, die an der Lenkhandhabe bei Lenkmanövern aufzubringende Handkräf­ te vermindert.

Derartige Servolenkungen sind heute bei praktisch allen Kraftfahrzeugen Standard.

Bei üblichen hydraulischen Servolenkungen wird in Abhängig­ keit von den zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern wirksamen Lenkkräften eine mehr oder weniger große Relativverstellung zwischen zwei Lenkgetriebeteilen be­ wirkt, die miteinander mit begrenzter Relativbeweglichkeit, federnd verbunden sind. Die von den Lenkkräften abhängige Re­ lativbewegung der vorgenannten Lenkgetriebeteile steuert ein Servoventil, über das ein hydraulischer Servomotor, in der Regel ein doppeltwirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat, mit ei­ ner mehr oder weniger großen Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung beaufschlagt werden kann.

Außerdem sind elektrische Servolenkungen bekannt. Dort werden mittels entsprechender Sensoren die zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern wirksamen Lenkkräfte erfaßt und der Eingangsseite einer elektronischen Steuereinheit zu­ geführt, welche ausgangsseitig einen elektrischen Servomotor steuert.

Aus der EP 0 150 589 A1 ist eine elektronisch geregelte elek­ trische Servolenkung bekannt, deren Sensorik einerseits die vom Fahrer an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handkräfte und andererseits die vom elektrischen Servomotor erzeugten Servo­ kräfte erfaßt. Dabei werden die Sollwerte für die Servokräfte so vorgegeben, daß die vom Fahrer aufzubringenden Handkräfte weitestgehend unabhängig vom Straßenzustand bleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den Komfort vorteilhaftes, neues Konzept für eine Servolenkung aufzuzei­ gen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Lenk­ momente, welche durch eine zumindest annähernd stationäre Querbeschleunigung und/oder Seitwärtsneigung (Wanklage) des Fahrzeuges bewirkt werden, zur Verminderung der notwendigen Handkräfte zumindest teilweise vom Servoaggregat kompensiert werden.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dem Fahrer die Lenkarbeit in Fahrsituationen mit Langzeit-Lenkmomenten bzw. Langzeit-Störkräften deutlich zu erleichtern, beispiels­ weise dann, wenn die Fahrbahn auf längerer Strecke eine Seit­ wärtsneigung aufweist, ein weitestgehend gleichförmiger Sei­ tenwind längere Zeit auftritt oder langgezogene Bögen bzw. Kurven mit gleichbleibendem Radius durchfahren werden, d. h. angenähert der Zustand einer stationären Kreisfahrt vorliegt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung kann bei den vorge­ nannten Fahrsituationen gegebenenfalls vermieden werden, daß der Fahrer die Lenkhandhabe bzw. das Lenkhandrad für eine vergleichsweise lange Zeit gegen vergleichsweise große Rück­ stellkräfte in einer weitestgehend gleichbleibenden Stellung halten muß.

Im Ergebnis verhält sich die Lenkung etwa so, als ob die je­ weils für längere zeit einzuhaltende Lenkstellung die Aus­ gangslage wäre, die die Lenkung bei freigegebener Lenkhandha­ be und fahrendem Fahrzeug einzunehmen sucht.

Eventuell erforderliche Lenkkorrekturen erfordern dann ähnli­ che Handkräfte, wie sie der Fahrer im Falle von Lenkkorrektu­ ren bei normaler Geradeausfahrt gewöhnt ist.

Um die verschiedenen Ursachen von Langzeit-Lenkmomenten un­ terscheiden zu können, sind verschiedene Sensoren zweckmäßig.

Der Zustand einer stationären Kreisfahrt kann aus den Dreh­ zahlen der Fahrzeugräder ermittelt werden. Diese Drehzahlen werden bei Fahrzeugen, deren Bremssysteme mit einer Antibloc­ kierregelung versehen sind, regelmäßig erfaßt.

Zusätzlich kann gegebenenfalls das Signal eines Lenkwinkel- Sensors ausgewertet werden.

Eine eventuelle Seitwärtsneigung des Fahrzeuges sowie eine Querbeschleunigung des Fahrzeuges können durch Registrierung der Bewegungen einer in Fahrzeugquerrichtung beweglichen Trägheitsmasse oder eines Trägheitspendels erfaßt werden, da die träge Masse sowohl bei Kurvenfahrt als auch bei Seit­ wärtsneigung des Fahrzeuges eine Seitwärtsbewegung auszufüh­ ren sucht. Wenn nun gleichzeitig über die Raddrehzahlen er­ mittelt wird, ob eine Kurvenfahrt oder eine zumindest angenä­ herte Geradeausfahrt vorliegt, läßt sich ermitteln, ob die vorgenannten Bewegungen der Trägheitsmasse allein auf einer Seitwärtsneigung des Fahrzeuges beruhen oder zumindest teil­ weise durch Kurvenfahrt verursacht wurden.

Gegebenenfalls kann das Fahrzeug auch einen Giersensor auf­ weisen, welcher unabhängig von den die Raddrehzahlen wieder­ gebenden Signalen Drehungen des Fahrzeuges um seine Hochachse erfaßt. Auch damit läßt sich unterscheiden, ob eine Querbewe­ gung der Trägheitsmasse auf einer Querbeschleunigung oder ei­ ner Seitwärtsneigung des Fahrzeuges beruht.

Giersensoren und/oder Trägheitspendel od. dgl. sind bei sol­ chen Fahrzeugen ohnehin vorhanden, die mit elektronischen Stabilisierungssystemen ausgerüstet sind, welche in kriti­ schen Fahrmanövern durch Abbremsung einzelner Räder das Fahr­ zeug zu stabilisieren suchen.

Für die Erfindung können also vorteilhafterweise im Fahrzeug aus anderen Gründen bereits vorhandene Sensoren herangezogen werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird.

Dabei zeigt die einzige Figur eine stark schematisierte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit erfindungsgemäßer Lenkung, welche schaltplanartig dargestellt ist.

Ein im übrigen nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug be­ sitzt in üblicher Weise unlenkbare Hinterräder 1 und lenkbare Vorderräder 2, die durch ein Lenkhandrad 3 gesteuert werden. Dazu ist das Lenkhandrad 3 im dargestellten Beispiel über ei­ ne Lenkwelle 4 und ein damit drehfest verbundenes Ritzel 5 mit einer Zahnstange 6 antriebsmäßig zwangsgekoppelt, die ih­ rerseits über Spurstangen 7 mit den Vorderrädern 2 zu deren Lenkverstellung verbunden ist. Wenn das Lenkhandrad 3 nach rechts eingeschlagen wird, wird die Zahnstange 6 in Fahr­ zeugquerrichtung nach links verschoben, so daß die Vorderrä­ der 2 entsprechend dem Drehwinkel des Lenkhandrades 3 nach rechts eingeschlagen werden. Entsprechendes gilt für eine Drehung des Lenkhandrades 3 nach links
Die Lenkwelle 4 bzw. das Ritzel 5 sind mit einem selbsthem­ mungsfreien elektrischen Servomotor 8 antriebsmäßig verbun­ den, welcher von einer elektronischen Steuerschaltung 9 betä­ tigt wird, mit deren Ausgangsseite der Servomotor 8 elek­ trisch verbunden ist.

Die Steuerschaltung 9 ist eingangsseitig mit einem Sensor 10 verbunden, welcher die vom Fahrer am Lenkhandrad 3 aufge­ brachte Handkraft erfaßt, beispielsweise indem der Sensor 10 auf das zwischen Lenkhandrad 3 und Lenkwelle 4 wirksame Drehmoment reagiert.

Außerdem ist die Eingangsseite der Steuerschaltung 9 mit den Fahrzeugrädern 1 und 2 zugeordneten Drehzahlsensoren 11 ver­ bunden. Durch Auswertung der zwischen kurvenäußeren und kur­ veninneren Rädern auftretenden Drehzahldifferenzen kann damit die Steuerschaltung 9 den jeweiligen Kurvenradius erfassen (wenn die Räder mit hinreichend geringem Schlupf laufen).

Zusätzlich oder alternativ kann die Eingangsseite der Steuer­ schaltung 9 mit einem Lenkwinkelsensor 12 verbunden sein, welcher den Lenkeinschlag des Lenkhandrades 3 erfaßt.

Des weiteren kann die Eingangsseite der Steuerschaltung 9 mit einem Giersensor 13, durch welchen Drehbewegungen des Fahr­ zeuges um seine Hochachse erfaßt werden, und/oder einem Quer­ beschleunigungssensor 14 verbunden sein. Dieser letztere Sen­ sor weist typischerweise eine in Fahrzeugquerrichtung beweg­ liche, beispielsweise pendelbare, Trägheitsmasse auf, die bei Kurvenfahrt und/oder Seitwärtsneigung des Fahrzeuges mehr oder weniger weit in der einen oder anderen Richtung aus ih­ rer Mittellage ausgelenkt wird, in die sie durch Federung bzw. Rückstellkraft gedrängt wird.

Bei Lenkmanövern steuert die Steuerschaltung 9 den elektri­ schen Servomotor 8 so, daß der Servomotor 8 entsprechend ei­ ner vorgebbaren Charakteristik eine Servokraft erzeugt, die mit der jeweils am Lenkhandrad 3 aufzubringenden Handkraft ansteigt und den Kraftaufwand des Fahrers bei Lenkmanövern vermindert. Aus den Signalen der Sensoren 11 bis 14 kann die Steuerschaltung 9 unterschiedliche Fahrzustände erkennen, bei denen während einer längeren Zeitspanne größere Lenkmomente bzw. Lenkkräfte überwunden werden müssen.

Beispielsweise kann aus den Signalen der Drehzahlsensoren 11 an den Fahrzeugrädern 1 und 2 ermittelt werden, ob das Fahr­ zeug eine längere Kurve mit gleichbleibendem Kurvenradius durchfährt. In diesem Falle unterscheiden sich die Drehzahlen der rechten und linken Fahrzeugräder um charakteristische Differenzen. Zusätzlich bzw. gegebenenfalls auch alternativ können zur Erfassung einer solchen Kurvenfahrt die Signale des Lenkwinkelsensors 12 und/oder des Giersensors 13 und/oder des Querbeschleunigungssensors 14 herangezogen werden.

Falls nun ein Zustand einer derartigen nahezu stationären Kreisfahrt festgestellt wird, kann die Steuerschaltung 9 den Servomotor 8 so ansteuern, daß am Lenkhandrad 3 nur noch ein verschwindender Kraftaufwand notwendig wird, um den für die jeweils registrierte stationäre Kreisfahrt charakteristischen Lenkwinkel zu halten. Damit kann dem Fahrer beispielsweise das Durchfahren langgezogener Autobahnkurven erleichtert wer­ den.

Falls weder die Signale der Raddrehzahlsensoren 11 noch des Giersensors 13 auf eine Drehung des Fahrzeuges um seine Hoch­ achse hinweisen, die Signale des Sensors 14 jedoch auf eine am Fahrzeug wirksame Querkraft hinweisen, "weiß" die Steuer­ schaltung 9, daß eine durch Seitenwind und/oder Seitwärtsge­ fälle der Fahrbahn und/oder durch ungleichförmige Beladung des Fahrzeuges verursachte Seitwärtsneigung des Fahrzeuges vorliegt. Damit kann die Steuerschaltung 9 den Servomotor 8 derart ansteuern, daß durch die vorgenannte Seitwärtsneigung verursachte Lenkmomente zumindest teilweise kompensiert wer­ den.

Auch hier wird der Fahrer also dabei unterstützt, das Fahr­ zeug in einer gewünschten Spur zu halten.

Insgesamt wird also vom Fahrer deutlich weniger Lenkarbeit gefordert.

Sollte die Steuerschaltung 9 ein "Gierschleudern" registrie­ ren, für das zunehmende Pendelbewegungen der Lenkung charak­ teristisch sind, kann der Servomotor 8 von der Steuerschal­ tung 9 im Sinne der Dämpfung dieser unerwünschten Bewegungen angesteuert werden, wie es gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung vorgesehen ist.

Claims (7)

1. Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer zur Lenkver­ stellung mit lenkbaren Fahrzeugrädern über eine Lenkgetriebe­ anordnung gekoppelten Lenkhandhabe sowie einem mit dem Lenk­ getriebe antriebsmäßig gekoppelten Servoaggregat, welches in Abhängigkeit von zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften eine Servokraft erzeugt, die an der Lenkhandhabe bei Lenkmanövern aufzubringende Hand­ kräfte vermindert, dadurch gekennzeichnet, daß Lenkmomente, welche durch eine zumindest annähernd sta­ tionäre Querbeschleunigung und/oder Seitwärtsneigung (Wanklage) des Fahrzeuges bewirkt werden, zur Verminderung der notwendigen Handkräfte zumindest teilweise vom Servoag­ gregat (8) kompensiert werden.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Servoaggregat (8) betätigende Steuerung (9) ein­ gangsseitig mit Sensoren (11) für die Drehzahlen der Fahr­ zeugräder (1, 2) und/oder einem Lenkwinkelsensor (12) und/oder einem Giersensor (13) und/oder einem Sensor (14) für auf das Fahrzeug wirkende Querkräfte oder eine Querneigung des Fahr­ zeuges verbunden ist.

3. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkmomente erst nach einer Totzeit kompensiert wer­ den.

4. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Seitwärtsneigung des Fahrzeuges verursachte Lenkmo­ mente kompensiert werden.

5. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei stationärer Kurvenfahrt auftretende Lenkmomente kom­ pensiert werden.

6. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (8) als selbsthemmungsfreier Elektromotor ausgebildet ist.

7. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (8) zur Dämpfung von Lenkpendelbewegungen (Gierschleudern) ansteuerbar ist.