DE3630612A1 - Steuervorrichtung fuer die lenkkraft in einer servolenkanlage - 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 die Steuerung der Funktion der Servolenkanlage in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und dem Lenkwinkel des Fahrzeugs.

Beispielsweise aus der US-PS 40 34 825 vom 12. Juli 1977 ("Power Assisted Vehicle Steering" von Frederick John Adams) ist es bei einer Servolenkanlage, die mit einer elastischen Torsionsstange ausgerüstet ist und bei der das vom Lenkrad kommende Drehmoment verstärkt und dann auf die Laufräder übertragen wird, bekannt, daß die Operation der Servolenkanlage in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variierbar ist. Hierbei wird die Funktion der Servolenkanlage bei schneller Fahrt abgeschwächt und bei langsamer Fahrt verstärkt. Bei dieser Servolenkanlage wird beispielsweise die Drehung der Motorwelle über eine Riemenscheibe und einen über diese gezogenen endlosen Riemen zu einer Ölpumpe übertragen, von der Öl aus einem Öltank zur Servolenkanlage geliefert wird, um die Lenkkraft zu verstärken. Außerdem wird die Drehung einer Gegenwelle einer Fahrzeugtransmission zu einer getrennten Hilfsölpumpe übertragen, die ebenfalls dem Öltank Öl entnimmt. Am Druckausgang der Hilfsölpumpe befindet sich ein Drosselventil. Das durch das Drosselventil getretene Öl fließt wieder zum Öltank zurück und von einem Mittelteil zwischen dem Druckausgang der Hilfsölpumpe und dem Drosselventil wird Öl unter Druck zu einer Hydraulikdruck-Reaktionskammer zum Steuern der Torsion der Torsionsstange geleitet, um den Betrieb der Servolenkanlage zu steuern. Die Drehzahl der Hilfspumpe erhöht sich hierbei entsprechend der Drehung der Gegenwelle der Transmission proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit und entsprechend erhöht sich die von der Hilfspumpe gepumpte Ölmenge. Bei schneller Fahrt liegt also am Drosselventil ein hoher Öldruck an, der zur Schwächung der Operation der Servolenkanlage der Hydraulikdruck-Reaktionskammer zugeleitet wird, wodurch die Torsionswelle im Effekt torsionssteifer wird und die Betätigung des Lenkrads mehr Kraft erfordert, also schwerer wird. Die beim Stand der Technik gegebene Abhängigkeit von der Gegenwelle führt jedoch zu dem Nachteil, daß die Fördermenge der Hilfspumpe zu klein ist, um eine große Hydraulikdruck-Reaktion zu erzielen.

Im Hinblick auf die Abhängigkeitscharakteristik zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und Lenkkraft (T) wurde durch Experimente oder dergleichen 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. Beim Mechanismus nach dem Stand der Technik mit einer einfachen Kombination einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Pumpe und einem festen Drosselventil ist es nicht möglich, die gewünschte V/T-Charakteristik (Fahrzeuggeschwindigkeit/Lenkkraft) zu erzielen. Gewünscht, aber nicht erzielbar, sind V/T-Charakteristiken verschiedener Formen, wie sie in Fig. 9 als A, B und C dargestellt sind.

Versuche und dergleichen 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) die 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 Steuervorrichtung für die Lenkkraft in einer Servolenkanlage für ein Fahrzeug geschaffen werden, bei der der Hydraulikdruck so gesteuert wird, daß stets eine angemessene Lenkkraft erhalten wird. Hierfür soll das zur innerhalb eines Hauptventils der Steuervorrichtung für die Lenkkraft befindlichen Hydraulikdruck-Reaktionskammer gelieferte Drucköl in Abhängigkeit von Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und den Lenkwinkel (α), die durch entsprechende Detektoren festgestellt werden, geeignet gesteuert werden.

Zur Überwindung der beschriebenen technischen Probleme dienen im Rahmen der Erfindung 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 stets eine Änderung der Reibungskraft zwischen der Straßenfläche und dem Treibrad als Änderung einer Reaktion von der Straßenfläche zu einem hydraulischen Druckzylinder einer Servovorrichtung überträgt, wobei dieser Hydraulikdruck in einer Hydraulikschaltung vorliegt, die in Verbindung mit der Hydraulikdruck-Reaktionskammer steht.

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.

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 (11 a), der durch in die Hydraulikdruck- Reaktionskammer (9) eingespeistes Drucköl gegen jeweils eine V-Nut (1 a) gedrückt wird, die in der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle (1) gebildet ist. Durch das Anpressen der vorspringenden Teile (11 a) an die Eingangswelle (1), speziell durch ihr Eindrücken in die V-Nuten (1 a) 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 Δ v · Δ α 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 Δ v die diskrete Größe, die die voreingestellte Geschwindigkeitsänderung angibt, und Δ α 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 Δ v und α sind entsprechend einem gegebenen Geschwindigkeitsbereich und einem gegebenen Lenkwinkelbereich so bestimmt, daß eine Matrix Δ v× Δ α 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 Δ v · Δ α-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 (1 a) befinden sich nur in leichtem Kontakt mit den Enden der vorspringenden Teile (11 a) 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 (1 a) und den Enden der vorspringenden Teile (11 a) 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 (1 a) 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 (1 a) 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 (Δ V) und die eingestellte Lenkwinkeldifferenz (Δ α), 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 (8)

1. Steuervorrichtung für die Lenkkraft in einer Servolenkanlage eines Fahrzeugs, mit einem Hauptventil (A), das in seinem Inneren eine Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) aufweist, mit deren Hilfe der relative gegenseitige Torsionswinkel zwischen einer Eingangswelle (1) und einer Ausgangswelle (5) durch hydraulischen Mediendruck steuerbar ist, und mit einer Servovorrichtung (B), wobei folgende Teile enthalten sind:

• - eine vom Motor (13) des Fahrzeugs getriebene Hauptpumpe (14), die das Medium über das Hauptventil (A) zur Servovorrichtung (B) liefert;
• - eine Hilfspumpe (15), die das Medium zur im Hauptventil (A) befindlichen Hydraulikdruck- Reaktionskammer (9) liefert;
• - einen Haupt-Ölkanal (201), der eine Ausgangsöffnung (18) der Hauptpumpe (14) mit dem Hauptventil (A) zur Übertragung des Mediums verbindet,;
• - einem zweiten Haupt-Ölkanal (211) und einem dritten Haupt-Ölkanal (221), die reziprokierend das Medium, das zum Hauptventil (A) über den ersten Haupt- Ölkanal (201) transportiert wird, zwischen dem Hauptventil (A) und der Servovorrichtung (B) hin- und hertransportieren;
• - einem vierten Haupt-Ölkanal (241), der das Medium, das von der Servovorrichtung (B) zum Hauptventil (A) transportiert worden ist, zu einem Tank (17), der das Medium vom Hauptventil (A) empfängt, zurückleitet;
• - einem fünften Haupt-Ölkanal (26), der das Medium von der Ausgangsöffnung (25) der Hilfspumpe (15) zur im Hauptventil (A) befindlichen Hydraulikdruck- Reaktionskammer (9) leitet;
• - einem ersten Abzweig-Ölkanal (27), der im Verlauf des fünften Haupt-Ölkanals (26) von diesem abgezweigt ist und Medium zum Tank (17) zurückleitet;
• - einer ersten Drosseleinrichtung (28), die in den ersten Abzweig-Ölkanal (27) eingesetzt ist und durch den Hydraulikdruck in der Leitung von der Hauptpumpe (14) zum Hauptventil (A) zur Steuerung des Mediums betätigt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Hilfspumpe (15) durch den Fahrzeugmotor (13) angetrieben ist;
• - ein zweiter Abzweig-Ölkanal (29) im Verlauf des fünften Haupt-Ölkanals (26) von diesem abzweigt und Medium zum Tank (17) zurückleitet;
• - ein dritter Abzweig-Ölkanal (37) die erste Drosseleinrichtung (28) in Verbindung mit der Ausgangsöffnung (18) der Hauptpumpe (A) bringt und den in dieser Hydraulikleitung herrschenden hydraulischen Druck zur ersten Drosseleinrichtung (28) überträgt; und
• - eine zweite Drosseleinrichtung (35) in den zweiten Abzweig-Ölkanal (29) eingesetzt ist, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Fahrzeug-Lenkwinkel zur Steuerung des Mediums betätigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspumpe (15) und die Hauptpumpe (14) eine gemeinsame Antriebswelle haben, die von ein und dem selben Motor (13) angetrieben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drosseleinrichtung (35) durch elektrische Einrichtungen (30, 31, 33, 34) gesteuert ist, und zwar mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel entsprechenden Signalen, die datenmäßig verarbeitet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Einrichtungen einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30), einen Lenkwinkelsensor (31), eine Steuerschaltung (33) zum Verarbeiten der von diesen Sensoren gelieferten elektrischen Signale und einen Schaltmotor, insbesondere Schrittmotor (34), dessen Verdrehung von der Steuerschaltung (33) gesteuert ist, umfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (34) zum Steuern eines Durchtrittsquerschnitts der zweiten Drosseleinrichtung (35) durch ein Impulssignal verdreht und verstellt wird, das aufgrund von Daten, die durch eine Kombination bestimmter Bereiche (Δ v) der Fahrzeuggeschwindigkeit und bestimmter Bereiche (Δ α) des Lenkwinkels, die in der Steuerschaltung (33) voreingestellt und in Matrixform (Fig. 6) angeordnet und gespeichert sind, gegeben sind, und aufgrund des Empfangs des Signals vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (30) und des Signals vom Lenkwinkelsensors (31) hin abgegeben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen Motordrehzahlmesser (32) aufweist und wenigstens eine der folgenden Funktionen ausführt:

• a) wenn die Motordrehzahl über einem gegebenen Wert liegt und länger als eine gegebene Zeit so bleibt, während kein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal vorliegt, erzeugt die Steuerschaltung (33) ein Impulssignal entsprechend der Anzeige, daß das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt;
• b) wenn die Motordrehzahl über einem gegebenen Wert liegt und länger als eine gegebene Zeit so bleibt, während für eine über einer gegebenen Zeitspanne liegende Zeit kein Signal einer Änderung des Lenkwinkels eintrifft, wird die Steuerung aufgrund des Lenkwinkels beendet;
• c) wenn ein Fehler in der Verdrahtung auftritt, wird die Stromzufuhr zum Schrittmotor (34) unterbrochen und der Schrittmotor in eine Drehstellung gebracht, in der der Druchtrittsquerschnitt der zweiten Drosseleinrichtung (35) gesperrt ist, um so den auf die Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) wirkenden Druck zu steuern;
• d) wenn in der Steuerung durch die Steuerschaltung (33) ein Fehler auftritt, wird die Stromzufuhr zum Schrittmotor (34) unterbrochen und der Schrittmotor in eine Drehstellung gebracht, in der der Durchtrittsquerschnitt der zweiten Drosseleinrichtung (35) gesperrt ist, um so den auf die Hydraulikdruck-Reaktionskammer (9) wirkenden Druck zu steuern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgende alternative Funktion:

• b′) wenn die Motordrehzahl über einem gegebenen Wert liegt und länger als eine gegebene Zeit so bleibt, während für eine über einer gegebenen Zeitspanne liegende Zeit kein Signal einer Änderung des Lenkwinkels eintrifft, so erzeugt die Steuerschaltung (33) ein Impulssignal entsprechend der Anzeige, daß das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt.