DE19754278A1 - Kfz-Servolenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kfz-Servolenksystem.

Ein Kfz-Lenksystem dient zum Kontrollieren der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs. Dabei verringert ein Servolenksystem oder hydraulisches Lenksystem die zum Verdrehen des Lenkrads er­ forderliche Betätigungskraft. Ein derartiges System verfügt über eine Betätigungsvorrichtung mit einem Lenkrad, einer Lenkwelle und Lenksäulen; eine Lenkgetriebevorrichtung zum Umsetzen der Drehbewegung der Lenkwelle in eine Linearbewe­ gung einer Verbindungsvorrichtung; eine hydraulische Vor­ richtung zum Verringern der Betätigungskräfte am Lenkrad; und die genannte Verbindungsvorrichtung zum Übertragen der Antriebskraft von der Getriebevorrichtung an Vorderräder, mit einem Zugarm, einem Kuppelarm, einem Paar Gelenken und einem Paar Spurstangen.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Servolenksystem vom Zahnstangen­ typ. Eine Ritzelanordnung 10, mit der die Lenkwelle verbun­ den ist, ist an einem Lenkgetriebekasten 20 angebracht. Eine Spurstange 30, entlang der eine Spurstangenzahnung 31 ausge­ bildet ist und an der ein Kolben 32 angebracht ist, ist im Getriebekasten 20 installiert und läuft horizontal entlang der Längsrichtung des Getriebekastens 20, wobei der Kolben 11 der Ritzelanordnung 10 in Eingriff mit der Zahnung 31 der Spurstange 30 steht, um die Lenkrichtung der Vorderräder einzustellen.

In einer Linie mit dem Getriebekasten 20 ist ein Hydraulik­ zylinder 40 vorhanden, der über die Ritzelanordnung 10 mit einer Hydraulikpumpe 50 verbunden ist. Diese Hydraulikpumpe 50 ist über eine Riemenscheibe mit der Kurbelwelle eines Mo­ tors (nicht dargestellt) verbunden und wird durch diesen an­ getrieben.

Eine mit einem Ende eines Torsionsstabs 12 verbundene kreis­ förmige Manschette 13 ändert zusammen mit einer Steuerungs­ muffe 14 mit mehreren Ölmündungen den Öltransportweg oder öffnet und schließt den Öltransportweg in der Ritzelanord­ nung 10.

Ferner ist die Hydraulikpumpe 50 mit einem Ölreservoir 60 zum Komprimieren des von diesem gelieferten Betriebsöls, um dieses an die Ritzelanordnung 10 zu liefern, verbunden. Das vom Zylinder 40 ausgegebene Öl kehrt durch die Ritzelanord­ nung 10 zum Ölreservoir 60 zurück.

Indessen ist ein Paar Anschläge 51 und 52 an den beiden Querenden des Kolbens 32 im Zylinder 40 vorhanden, um den Hub der Zahnstange zu begrenzen.

Wenn beim so aufgebauten Servolenksystem das mit der Lenk­ welle verbundene Ritzel 11 verdreht wird, wird die in Ein­ griff mit dem Ritzel 11 stehende Zahnstange 30 mit Unter­ stützung durch den an den Zylinder 40 gelieferten Hydraulik­ druck horizontal in linearer Richtung verstellt. Dann ver­ dreht die Zahnstange 30 die Vorderräder, um das Fahrzeug zu lenken.

Jedoch besteht bei diesem bekannten Servolenksystem ein Pro­ blem dahingehend, daß dann, wenn das Lenkrad für maximalen Lenkwinkel vollständig eingeschlagen wird, der Kolben 32 an der Zahnstange 30 mit den in den Zylinder 40 eingesetzten Anschlägen 51 und 52 zusammenstößt, was Geräusche erzeugt, und die beim Zusammenstoßen entstehenden Schwingungen werden über das Ritzel 11 an das Lenkrad übertragen, was ein unan­ genehmes Lenkgefühl verleiht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servolenksy­ stem zu schaffen, das auch dann ein angenehmes Lenkgefühl vermittelt, wenn das Lenkrad ganz eingeschlagen wird.

Diese Aufgabe ist durch die Servolenksysteme gemäß den bei­ gefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 3 gelöst.

Wenn bei einem erfindungsgemäßen Servolenksystem der Kolben in die Nähe eines Anschlags gelangt, steuert die Steuerungs­ einheit das elektronische Steuerungsventil, beim System ge­ mäß Anspruch 1, oder die Untersetzungsgetriebeeinheit, beim System gemäß Anspruch 2, so an, daß der von der Hydraulik­ pumpe an den Zylinder gelieferte Hydraulikdruck verringert wird und die Zusammenstoßkräfte zwischen dem Kolben und dem zugehörigen Anschlag verringert werden.

Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Aufgaben der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu neh­ men.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die ein Servolenksystem vom Zahnstangentyp zeigt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Servolenksystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Servolenksystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Wie dargestellt, ist beim System gemäß Anspruch 2 ein elek­ tronisches Steuerventil 110 zwischen einer Hydraulikpumpe 50 und einer Ritzelanordnung 10 vorhanden, und eine Ölrücklei­ tung 130 verbindet das elektronische Steuerventil 110 mit einem Ölreservoir 60, so daß das elektronische Steuerventil 110 so gesteuert werden kann, daß es die Absperrmenge von Betriebsöl ändert, das von der Hydraulikpumpe 50 an den Zy­ linder 40 geliefert wird.

Ferner ist ein Paar Positionssensoren 101 und 102 zum Erfas­ sen der Position eines Kolbens 32 nahe Anschlägen 51 und 52 im Servolenkzylinder 40 vorhanden, und ein Drucksensor 105 zum Erfassen des an die Ritzelanordnung 10 gelieferten Hy­ draulikdrucks ist in der Betriebsöl-Zuführleitung 140 vor­ handen, die sich von der Hydraulikpumpe 50 zur Ritzelanord­ nung 10 erstreckt.

Die obigen Sensoren 101, 102 und 105 sind mit einer Steue­ rungseinheit 100 verbunden, um Information zur Position des Kolbens 32 im Zylinder 40 sowie Information zum Hydraulik­ druck in der Ritzelanordnung 10 zu übertragen.

Die Steuerungseinheit 100 empfängt die von den Positionssen­ soren 101 und 102 übertragene Information zur Position des Kolbens 32, sie vergleicht diese Information mit in ihr ab­ gespeicherten Daten zum korrekten Hydraulikdruck, wie er je­ weils der Kolbenposition entsprechen soll, und sie steuert das elektronische Steuerungsventil 110 so, daß ein Teil des von der Hydraulikpumpe 50 ausgegebenen Betriebsöls abge­ trennt wird, um den abgetrennten Teil des Öls durch die Öl­ rückleitung 130 an das Ölreservoir 60 zurückzuführen, um die Menge des der Ritzelanordnung 10 zugeführten Betriebsöls einzustellen.

Die Steuerung durch die Steuerungseinheit 100 für die Zufuhr von Betriebsöl zum Servolenkzylinder 40 kann ein Verfahren verwenden, bei dem für eine kontinuierliche Verringerung des Hydraulikdrucks gesorgt wird, wenn der Kolben 32 in die Nähe der Anschläge 51 oder 52 gelangt. Bei einem derartigen Steuerungsverfahren stellt der Drucksensor 105 den Hydrau­ likdruck des von Hydraulikpumpe 50 an die Ritzelanordnung 10 gelieferten Betriebsöls fest, und er überträgt die Informa­ tion zum verringerten Hydraulikdruck kontinuierlich an die Steuerungseinheit 100. Dann vergleicht die Steuerungseinheit 100 den erfaßten Hydraulikdruck mit einem vorbestimmten Hy­ draulikdruck, und sie steuert das elektronische Steuerungs­ ventil 100 an, bis der verringerte Hydraulikdruck den vorbe­ stimmten Hydraulikdruck entsprechend der Position des Kol­ bens 32 erreicht.

Indessen können die Steuerungsvorgänge der Steuerungseinheit 100 für die Zufuhr von Betriebsöl zum Servolenkzylinder 40 ein Verfahren verwenden, bei dem die gesamte Ölzufuhr schlagartig unterbrochen wird. Wenn bei einem solchen Ver­ fahren der Kolben 32 an eine vorbestimmte Position nahe der Anschläge 51 oder 52 im Zylinder 40 gelangt, unterbricht das elektronische Steuerventil 110 die Ölzufuhrleitung 140, die sich von der Hydraulikpumpe 50 zur Ritzelanordnung 10 er­ streckt, und sie verbindet die Hydraulikpumpe 50 mit der Öl­ rückleitung 130, um das Öl zum Ölreservoir 60 zurückzufüh­ ren, um die Ölversorgung des Zylinders 40 zu sperren, so daß der Lenkvorgang durch mechanischen Betrieb zwischen der Zahnstange 31 und dem Ritzel 11 ohne unterstützenden Hydrau­ likdruck auszuführen ist.

Daher erfaßt der Positionssensor 101 oder 102 den Kolben 32, wenn sich dieser beim Drehen des Lenkrads beim erfin­ dungsgemäßen Servolenksystem einem Anschlag 51 oder 52 nä­ hert, und er überträgt das Signal an die Steuerungseinheit 100, woraufhin diese die Position des Kolbens 32 mit den ab­ gespeicherten Daten vergleicht und die Menge zugeführten Öls von der Hydraulikpumpe 50 zu den Zylindern 40 einstellt oder sie die gesamte Ölzufuhr schlagartig unterbricht, um die Ge­ schwindigkeit des Kolbens 32 zu dämpfen, um einen abrupten Aufprall zwischen dem Kolben 32 und einem Anschlag 51 oder 52 zu verhindern.

Beim in Fig. 3 dargestellten Servolenksystem gemäß dem zwei­ ten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Unterset­ zungsgetriebevorrichtung 250 zwischen einer angetriebenen Riemenscheibe 260 zum Antreiben der Hydraulikpumpe 50 sowie dieser Hydraulikpumpe vorhanden, wobei die Untersetzungsge­ triebevorrichtung 250 so gesteuert wird, daß sie die Menge von Betriebsöl, wie es von der Hydraulikpumpe 50 zum Zylin­ der 40 geführt wird, ändert oder sperrt. Eine angetriebene Riemenscheibe 260 ist über einen Riemen mit der antreibenden Riemenscheibe 310 an einem Motor 300 verbunden.

Ferner ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ein Paar Positionssensoren 201 und 202 zum Erfassen von Positionen des Kolbens 32 nahe Anschlägen 51 und 52 im Servolenkzylin­ der 40 vorhanden, und ein Drucksensor 205 zum Erfassen des der Ritzelanordnung 10 zuzuführenden hydraulischen Drucks ist in der Betriebsöl-Zuführleitung 240 angebracht, die sich von der Hydraulikpumpe 50 zur Ritzelanordnung 10 erstreckt.

Die obigen Sensoren 201, 202 und 205 sind mit einer Steue­ rungseinheit 200 verbunden, um Information zur Position des Kolbens 32 im Zylinder 40 sowie Information zum an die Rit­ zelanordnung 10 gelieferten Hydraulikdruck zu übertragen.

Die Steuerungsvorgänge der Steuerungseinheit 200 zum Steuern der Zufuhr von Betriebsöl zum Lenkzylinder können ein Ver­ fahren verwenden, bei dem eine kontinuierliche Verringerung des Hydraulikdrucks veranlaßt wird, wenn der Kolben 32 in die Nähe eines Anschlags 51 oder 52 gelangt. Bei einem der­ artigen Steuerungsverfahren erfaßt der Drucksensor 205 den Hydraulikdruck des von der Hydraulikpumpe 50 an die Ritzel­ anordnung 10 gelieferten Betriebsöls, und er überträgt In­ formation zum verringerten Hydraulikdruck in kontinuierli­ cher Weise an die Steuerungseinheit 200. Dann vergleicht die Steuerungseinheit 200 den verringerten Hydraulikdruck mit dem vorbestimmten Hydraulikdruck, und sie steuert die Unter­ setzungsgetriebevorrichtung 250 an, bis der verringerte Hy­ draulikdruck den vorbestimmten Hydraulikdruck entsprechend der Position des Kolbens 32 erreicht.

Indessen können die Steuerungsvorgänge der Steuerungseinheit 200 zum Steuern der Zufuhr von Betriebsöl zum Servolenkzy­ linder ein Verfahren verwenden, bei dem die gesamte Ölzufuhr schlagartig unterbrochen wird. Wenn bei einem derartigen Verfahren der Kolben 32 an eine vorbestimmte Position nahe einem Anschlag 51 oder 52 im Zylinder 40 gelangt, steuert die Steuerungseinheit 200 die Untersetzungsgetriebevorrich­ tung 250 für einen Leerlaufmodus an, um den Betrieb der Hy­ draulikpumpe 50 anzuhalten, um die Ölzufuhr von der Hydrau­ likpumpe an die Ritzelanordnung 10 zu unterbrechen, damit der Lenkvorgang durch mechanische Betätigung zwischen der Zahnstange 31 und dem Ritzel 11 ohne unterstützenden hydrau­ lischen Druck ausgeführt wird.

Daher erfaßt der Positionssensor 201 oder 202 den Kolben 32, wenn sich dieser beim Drehen des Lenkrads dem Anschlag 51 oder 52 nähert, und er überträgt ein Signal an die Steue­ rungseinheit 200, woraufhin diese die Position des Kolbens 32 mit den abgespeicherten Daten vergleicht und sie die Men­ ge des von der Hydraulikpumpe 50 zum Zylinder 40 gelieferten Öls steuert oder sie die gesamte Ölzufuhr schlagartig unter­ bricht, um die Geschwindigkeit des Kolbens 32 zu dämpfen, um einen abrupten Aufprall zwischen dem Kolben 32 und einem An­ schlag 51 oder 52 zu verhindern.

Das erfindungsgemäße Servolenksystem steuert die Menge an dem Zylinder 40 zugeführtem Betriebsöl, wenn sich der Kolben 32 einem Anschlag 51 oder 52 nähert, wenn das Lenkrad maxi­ mal eingeschlagen wird, um die Betätigungskraft zu erhöhen, die der Fahrer beim Lenken aufbringen muß, um zu verhin­ dern, daß der Kolben 32 abrupt auf einen Anschlag 51 oder 52 aufprallt, um Geräusche durch den Aufprall zu verringern.

Ferner beschränkt die Erfindung Schwingungen, wie sie dann auftreten, wenn ein Aufprall zwischen dem Kolben 32 und einem der Anschläge 51 und 52 auftritt, wodurch weniger Schwingungen über das Ritzel 11 an das Lenkrad übertragen werden, was das Gefühl beim Betätigen des Lenksystems ver­ bessert.

Beim erfindungsgemäßen Servolenksystem wird also die Posi­ tion des die Zahnstange antreibenden Kolbens in dessen Zy­ linder erfaßt und es wird der Druck im Zylinder verringert oder ganz abgebaut, wenn sich der Kolben einer seiner End­ positionen nähert; dieser Abbau erfolgt entweder auf der Ausgangsseite der Hydraulikpumpe oder dadurch, daß diese schwächer, oder gar nicht mehr, angetrieben wird.

Claims (4)

1. Servolenksystem für Kraftfahrzeuge, mit:

• - einer Ritzelanordnung (10);
• - einer Zahnstange (30) mit einer Zahnung (31), die mit einem Ritzel (11) der Ritzelanordnung in Verbindung steht, und mit einem Kolben (32);
• - einem Zylinder (40) zum Aufnehmen der Zahnstange;
• - einer Hydraulikpumpe (50) zum Liefern von Hydraulikdruck an den Zylinder; und
• - einem Ölreservoir (60) zum Liefern von Betriebsöl an die Hydraulikpumpe;
  gekennzeichnet durch
• - mindestens einen Positionssensor (101, 102), der im Zylin­ der angebracht ist, um den Ort des Kolbens der Zahnstange zu erfassen;
• - eine Ölrückleitung (130), die sich von der Hydraulikpumpe zum Ölreservoir erstreckt;
• - ein elektronisches Steuerventil (110), das in einer Be­ triebsöl-Zuführleitung (140) vorhanden ist, die sich von der Hydraulikpumpe aus erstreckt und zum Zylinder und zur Öl­ rückleitung führt; und
• - eine Steuerungseinheit (100) zum Steuern des elektroni­ schen Steuerungsventils abhängig von Signalen vom mindestens einen Positionssensor.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (105, 205) in einer Ölzufuhrleitung (140), die sich von der Hydraulikpumpe (50) zum Zylinder (40) er­ streckt, wobei die Steuerungseinheit (100, 200) das Signal vom Drucksensor empfängt und dieses mit abgespeicherten Da­ ten vergleicht, um das elektronische Steuerventil (110) zu steuern.

3. Servolenksystem für Kraftfahrzeuge, mit:

• - einer Ritzelanordnung (10);
• - einer Zahnstange (30) mit einer Zahnung (31), die mit einem Ritzel (11) der Ritzelanordnung in Verbindung steht, und mit einem Kolben (32);
• - einem Zylinder (40) zum Aufnehmen der Zahnstange;
• - einer Hydraulikpumpe (50) zum Liefern von Hydraulikdruck an den Zylinder; und
• - einem Ölreservoir (60) zum Liefern von Betriebsöl an die Hydraulikpumpe;
  gekennzeichnet durch
• - einen Positionssensor (201), der im Zylinder angebracht ist, um den Ort des Kolbens der Zahnstange zu erfassen;
• - eine Untersetzungsgetriebeeinheit (250), die an der Hy­ draulikpumpe angebracht ist; und
• - eine Steuerungseinheit (200) zum Steuern des elektroni­ schen Steuerungsventils abhängig von Signalen vom Positions­ sensor.

4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (105, 205) in einer Ölzufuhrleitung (140), die sich von der Hydraulikpumpe (50) zum Zylinder (40) er­ streckt, wobei die Steuerungseinheit (100, 200) das Signal vom Drucksensor empfängt und dieses mit abgespeicherten Da­ ten vergleicht, um die Untersetzungsgetriebeeinheit (250) zu steuern.