DE3630612A1 - Steuervorrichtung fuer die lenkkraft in einer servolenkanlage - Google Patents
Steuervorrichtung fuer die lenkkraft in einer servolenkanlageInfo
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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.
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.
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.
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.
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Owner name: KOYO SEIKO K.K., OSAKA, JP |
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