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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine Lenkhilfevorrichtung (100) mit wenigstens einer Pumpe (16), einer Ventilanordnung (200) zur Ansteuerung eines Arbeitszylinders (4), der mit einer mechanischen Lenkeinrichtung (1) gekoppelt ist, bei der die Ansteuerung des Arbeitszylinders (4) mit 3/2-Wegeventilen (6, 36) erfolgt.
    公开号:DE102004029883A1
    申请号:DE200410029883
    申请日:2004-06-19
    公开日:2005-10-13
    发明作者:Markus Schachner
    申请人:Audi AG；
    IPC主号:B62D5-06
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Lenkhilfevorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs1 angegebenen Art.
    [0002] EineLenkhilfevorrichtung dieser Art ist bei Straßenfahrzeugen, vorzugsweiseim Personenkraftwagenbau eingeführt.Die bekannte Lenkhilfevorrichtung, auch Servolenkung genannt, weisteine Kombination eines Pumpenaggregats mit einem doppelseitig wirkendenArbeitszylinder auf, die beide unter Zwischenschaltung von Ventilbaugruppenauf vorherbestimmte Weise miteinander zusammenwirken. Die Ansteuerungkann durch eine vom Fahrer betätigte Lenkeinrichtungerfolgen. Diese ist direkt mechanisch verbunden mit den gleichfallszwangsgekoppelten lenkbaren Fahrzeugrädern.
    [0003] Mithydraulischer Unterstützungarbeitende Servolenkungen einfacher Bauart neigen jedoch zu Druckstößen, dieauf das Lenksystem zurückwirken. Deshalbist in EP 427 029 B1 vorgeschlagenworden, die Pumpe mit einem Druckspeicher zu verbinden. Ferner sollenin die Verbindungsleitungen von den Steuerventilen zum ArbeitszylinderElemente zum Dämpfenvon Druckstößen eingebautwerden. Der zusätzlicheDruckspeicher und die Dämpferelemente sindkostenaufwändigeBauteile.
    [0004] DieDämpferelementeund der Druckspeicher in den Zuleitungen des Arbeitszylinders sprechenauch bei Rückwirkungenvom Arbeitszylinder an und machen die Lenkung schwammig und führen zueinem Verlust des gewohnten Lenkgefühls.
    [0005] Nachder EP 999 971 B1 sollgleichfalls mit der Pumpe ein Druckspeicher kombiniert werden, während dieAnsteuerung durch kombinierte 3/3-Wegeventile erfolgt, die gleichzeitigdie Funktion eines einstellbaren Druckbegrenzungsventils haben.Die vorgeschlagenen 3/3-Wegeventile haben eine Mittelstellung, inder alle Anschlüssedes Systems voneinander getrennt sind. Die Mittelstellung wird dabei ausschließlich benutzt,um eine Sperrstellung zu erhalten, die ein manuelles Lenken unmöglich macht. beiStörungder Steuereinheit sollen die Zuleitungen zum Arbeitszylinder drucklosund mit dem Fluidbehälterverbunden sein.
    [0006] Anderebekannte Lenkeinrichtungen werden zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeitmit einem Pumpenaggregat ausgeführt,in das ein Druckbegrenzungsventil integriert ist. Nachteilig dabeiist, dass bei Maximaleinschlag der Lenkung kein Fluidstrom durchVentil- und Kühlbaugruppenfließtund deshalb der gesamte Volumenstrom der Pumpe über das Druckbegrenzungsventilströmenmuss. Dies verursacht thermische Probleme.
    [0007] Eineunter der Bezeichnung Servotroniclenkung bekannte Ausführungsformeiner Lenkhilfevorrichtung verwendet für die eigentliche Steuerungdes doppelt wirkenden Arbeitszylinders ein Ventil mit Drehschieber.Derartige Drehschieber müssenzur Sicherstellung der Funktion mit außerordentlicher Präzision gefertigtwerden. Das gleiche gilt fürdie Drehschieber-Ventilanordnung sowie darin enthaltene Taschenbzw. Anschlussbohrungen. Zur Sicherstellung notwendiger Anpassungenist es notwendig, noch weitergehende maßliche und geometrische Anpassungenvorzunehmen, die auch bei Anwendung neuester Technologien kostenaufwändig undnicht immer erfolgreich sind. Die vorgeschlagenen Drehschieberventileschalten immer in direkter Abhängigkeitvon der Geometrie des Ventils und stets beide Anschlüsse gleichzeitig.Nachteilig an dieser Art der Drehschieberventilausführung ist,dass nur dann eine Lenkhilfeunterstützung erfolgt wenn tatsächlich eineAuslenkung der Lenkeinrichtung erfolgt. Einflussnahmen auf das Unterstützungsverhaltenunabhängigvon der Auslenkung der Lenkeinrichtung sind insoweit nicht möglich. Einweiteres Problem besteht in der Kennzeichnung der entsprechendenEinzelteile und deren zuverlässigeKombination zum fertigen Drehschieberventil bzw. dessen Zuordnungzu einem bestimmten Fahrzeugtyp. Ebenso kann die Vorratshaltungfür Ersatzbedarfbei der Vielzahl Ausführungsformenproblematisch sein.
    [0008] DerErfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das bisher verwendeteDrehschieberventil durch kostengünstigereund das erforderliche Betriebsverhalten besser, jedoch mindestensgleichwertig, erfüllendeBaugruppen bei gleichzeitiger Beibehaltung des gewohnten Lenkgefühls zu ersetzen. Eineweitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das im Nebenstrom liegendeVolumenstromregelventil entbehrlich zu machen.
    [0009] DieseAufgabe wird fürdie Lenkhilfevorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale desAnspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
    [0010] DieUnteransprüchebilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
    [0011] DerErfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die verwendeten Drehschieberventileherstellungstechnisch und kostenseitig enorm aufwändig sind,die Verwendung einfacher herstellbarer Ventilbaugruppen sowie dieAuflösungdes Hauptsteuerventils in Einzelbausteine in Verbindung mit einerverändertenAusgestaltung der Anlage und des Steuergerätes selbst erhebliche Vorteilebringt.
    [0012] Insbesondere wurde gefunden, dass ein ausgeglichenes Lenkverhaltendurch die mechanische Entkopplung der beiden Wegeventile und deren ausschließliche Ansteuerungmit elektrischen Signalen die Möglichkeitbietet, unter Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilbaugruppen dasLenkverhalten so anzupassen, dass das Verhalten des vorgeschlagenenSystems an verschiedene Fahrzeuge ebenso angepasst werden kann,wie an bestimmte Fahrsituationen.
    [0013] Nachder Erfindung wird ein von einer Pumpe geförderter Fluidstrom durch eineDruckleitung den Anschlüssenzweier 3/2-Wegeventile zugeführt. DieKonstanthaltung des Volumenstroms erfolgt dabei in bekannter Weisedurch ein der Pumpe nachgeschaltetes, als Stromregelventil bekanntes,Volumenstromregelventil. Die beiden 3/2-Wegeventile sind ihrerseits über denVentilausgang mit einem Arbeitszylinder verbunden.
    [0014] Invorteilhafter Weise kann dies ein linear wirkender Arbeitszylindermit doppelseitiger Kolbenstange sein. In ihrer Grundstellung verbindendie 3/2-Wegeventile den Anschluss des Arbeitszylinders mit der Rücklaufleitung,so dass im Arbeitszylinder kein Fluiddruck entstehen kann. Diesgilt auch dann, wenn die Pumpe einen Volumenstrom fördert. Indiesem Schaltzustand, der in etwa einem Fahrzeug mit stehendem Motoroder außerBetrieb gesetzter Pumpe entspricht, ist die Servolenkung gleichfallsaußer Betrieb.Ein Lenken ist bei wesentlich erhöhten Bedienkräften trotzdemmöglich.
    [0015] Imallgemeinen Betriebszustand eines fahrenden Fahrzeugs und bei einereinen Fluidstrom förderndenPumpe sind die 3/2-Wegeventile durch Steuersignale in die Mittelstellungbewegt worden. Dort werden sie schwebend gehalten. In dieser Schaltstellungist der Längsschiebergerade so ausgelenkt, dass sich ein gleicher Öffnungsquerschnitt zwischenPumpenanschluss und dem jeweiligem Anschluss des Arbeitszylindersund zwischen demselbigen und dem Rücklaufanschluss einstellt.Werden beide 3/2-Wegeventile in der beschriebenen Schaltstellunggehalten, so teilt sich der von der Pumpe geförderte Fluidstrom zu gleichemAnteil zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen auf. Diese besondere Schaltstellungder beiden 3/2-Wegeventile führtzu einem ausgeglichenen Druckverhältnis in den beiden Kammerndes Arbeitszylinders.
    [0016] Sindan einer Lenkeinrichtung Lenkbewegungen notwendig, so werden beideder 3/2-Wegeventile aus der Mittelstellung ausgelenkt. Entsprechendder Richtung der Lenkbewegung wird eines der beiden 3/2-Wegeventilein der Art ausgelenkt, dass der Öffnungsquerschnittzwischen Pumpenanschluss und Anschluss zur jeweiligen Kammer des Arbeitszylindersverringert und im gleichen Ausmaß der Öffnungsquerschnitt des jeweiligenanderen 3/2-Wegeventilzwischen Pumpenanschluss und Anschluss der gegenüberliegenden Kammer des Arbeitszylindersvergrößert wird.Durch diese Schaltstellung wird das Druckgleichgewicht gestört und der Kolbendes Arbeitszylinders beginnt sich zu bewegen.
    [0017] Diebeiden 3/2-Wegeventile werden elektrisch, vorzugsweise über elektromagnetischeBetätigungen,ausgelenkt. Die Steuersignale werden von einer Steuereinheit geliefert,die diese aus Sensorsignalen ableitet, die von der Lenkeinrichtungkommen. Dabei werden die Steuersignale nach vorgegebenen Algorithmenmit Hilfe von elektrischen oder elektronischen Schaltelementen,vorzugsweise jedoch durch in der Steuereinheit vorhandene Rechner unddurch die zu deren Betrieb dort abgelegten Programmprodukte erzeugt.
    [0018] Die3/2-Wegeventile sind als Ventile mit Längsschieber ausgelegt und können sowohlals Einzelgeräteals auch in einer Version fürden Bohrungseinbau (Cartridge) verwendet werden. Sie besitzen aufgrundihrer Bauweise Anpassungsmöglichkeiten anErfordernisse, die sich aus Anlagenkonstruktion und Betrieb ergeben.Da sie durch Signale einer Steuereinheit angesteuert werden, können siein vorteilhafter Weise im Komplex mit der Steuereinheit optimiertwerden.
    [0019] Einebevorzugte Ausführungsformverwendet fürdie 3/2-Wegeventile die Ausführungfür Bohrungseinbauund einen beide aufnehmenden Verkettungsblock.
    [0020] Ineiner weiteren Ausführungsformsind in den Verkettungsblock noch ein Druckbegrenzungsventil sowieein 2/2-Wegeventil integriert. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich, dassder Fluidstrom bis zum Druckbegrenzungsventil eine größere Leitungslänge durchquerenmuss. Ergibt sich dabei ein fürdie Ausführungvon Arbeitsvorgängenunzulässighoher Druck, wird dieser überdas Druckbegrenzungsventil in die Rücklaufleitung abgeleitet undin jedem Fall überden vorhandenen Ölkühler zurückgekühlt. Dadurchwerden unzulässigeErwärmungendes Fluids vermieden. Dabei ist es eine Optimierungsaufgabe, dasSchaltverhalten mit den Erfordernissen aus dem Betrieb des Fahrzeugesin Übereinstimmungzu bringen. Das zusätzlichangeordnete 2/2-Wegeventilist als Notventil fürden Fall vorgesehen, dass die beiden 3/2-Wegeventile unzulässige Schaltkombinationen haben,mechanische Schädenaufweisen oder durch Fehlfunktionen anderer Bauelemente falsch angesteuertwurden. Bei dem 2/2-Wegeventil handelt es sich um eine Bauform mitFederrückstellung,so dass die Sperrstellung dieses Ventils nur durch Anlegen einerSpannung, eines Signals zu erreichen ist. Das in Sperrstellung betriebene2/2-Wegeventil wird beim Auftreten einer Störung umgeschaltet und stellteine Leitungsverbindung zwischen Druck- und Rücklaufleitung her. In diesemFall kann durch Aufbringen erhöhterLenkkräftean der Lenkeinrichtung eine Notlenkung erreicht werden. Fällt am Fahrzeugbeispielsweise die Spannung aus, geht dieses Ventil durch die Federrückstellungsofort in die Grundstellung zurückund schaltet die Verbindung zwischen Druck- und Rücklaufleitungfrei.
    [0021] DieLenkeinrichtung ist mit wenigstens einem Sensor ausgestattet, deran die Steuereinheit Signale überdie Intensitätder Lenkbewegung liefert. Vorzugsweise wird die Lenkeinrichtungmit einem Drehmomenten und zusätzlichmit einem Drehwinkelsensor ausgestattet. Die Signale beider Sensoren erlaubenes der Steuereinheit, die Lenkbewegung nach Auslenkung und Intensität zu erfassenund das Verhalten der Servolenkung entsprechend abzustimmen.
    [0022] Eineweitere Ausführungsformder Erfindung sieht vor, die 3/2-Wegeventilemit einem Schaltstellungssensor auszustatten, der die Schaltstellungdes Längsschieberserfasst. Ebenso kann in die Zuleitung zum Arbeitszylinder je einDrucksensor integriert sein, der den durch Schaltvorgänge entstehendenDruckauf- bzw. abbau ermittelt. Damit kann die Steuereinheit dieBetriebsverhältnisseder Servolenkung erfassen und selbst bei kleineren Abweichungenim Betriebsverhalten entsprechende Anpassungen des Betriebsregimesvornehmen. Letztlich ist es Optimierungsaufgabe für das Steuergerät und die darinabgelegten Programmprodukte.
    [0023] WeitereVorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegendenErfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindungmit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
    [0024] DieErfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestelltenAusführungsbeispielenäher beschrieben.In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und inder Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichenverwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. Inder Zeichnung bedeutet:
    [0025] 1 eineschematische Darstellung der verwendeten Servolenkung;
    [0026] 2 dieDarstellung des in Richtung RücklaufanschlussgeöffnetenLängsschieberssowie der zugehörigenArbeitspunkte im Diagramm;
    [0027] 3 dieDarstellung der Mittelsteilung des verwendeten Längsschiebers sowie der zugehörigen Arbeitspunkteim Diagramm, und
    [0028] 4 dieDarstellung in Richtung Pumpenanschluss geöffneten Längsschiebers des verwendeten3/2-Wegeventils sowie der zugehörigenArbeitspunkte im Diagramm.
    [0029] Dieerfindungsgemäße Lenkhilfevorrichtung 100 weisteine Pumpe 16 auf, die ein Fluid aus dem Fluidbehälter 17 gegenein Volumenstromregelventil 15 fördert, wobei der nach dem Volumenstromregelventil 15 vorhandeneVolumenstrom einer gewünschtenGesetzmäßigkeitentspricht. Nach dieser Hydraulikversorgung 200 ist indie Leitung ein Dehnschlauch 14 eingefügt, der Druckstöße abbauenhilft.
    [0030] DieDruckleitung 10 ist mit einem ersten 3/2-Wegeventil 6 undeinem zweiten 3/2-Wegeventil 36 verbunden. Beide Wegeventile 6 und 36 befinden sichinnerhalb einer Ventilanordnung 23. Dadurch kann der Aufwandfür Verbindungsleitungenminimiert werden. Vom ersten 3/2-Wegeventil 6 ist über dieLeitung 5 die Zylinderkammer 4b des doppelseitig wirkendenArbeitszylinders 4 angeschlossen. Das zweite 3/2-Wegeventil 36 ist über dieLeitung 37 mit der Zylinderkammer 4c des doppeltwirkenden Arbeitszylinders 4 verbunden.
    [0031] Über eineKoppelstange 3 ist der Arbeitszylinder 4 mit demhier nur schematisch dargestellten Lenkgetriebe 2 verbunden.Wird an der Lenkeinrichtung 1, vorzugsweise an dem üblichenLenkrad, eine Drehbewegung erzeugt, wird diese über das Lenkgetriebe 2 unddie Koppelstange 3 direkt an den Arbeitszylinder 4 übermittelt.
    [0032] DieLenkeinrichtung 1 ist mit einem Drehwinkelsensor 21 undeinem Drehmomentsensor 22 ausgestattet, die beide ihreMesssignale an eine Steuereinheit 20 übermitteln. Die dabei gewonnenenInformationen überden Winkel der Lenkradbewegung sowie über die Intensität der Bewegungdes Lenkrades werden durch die Steuereinheit 20 ausgewertetund entsprechende Steuersignale an die 3/2-Wegeventile 6 und 36 ausgesendet.
    [0033] Die3/2-Wegeventile 6 und 36 sind über 4 Anschlüsse mitder Druckleitung 10, die Rücklaufleitung 42 unddie Verbindungsleitung 5 zum Arbeitszylinder 4 – Anschluss 27 und 53 – verbunden,wobei die Verbindungsleitung im 3/2-Wegeventil 36 das Bezugszeichen 37 statt 5 aufweist.Die Verbindungsleitung 5 verbindet den Arbeitsraum 4b desArbeitszylinders 4 mit dem 3/2-Wegeventil 6, während Verbindungsleitung 37 denArbeitsraum 4c des Arbeitszylinders 4 mit dem3/2-Wegeventil 36 verbindet.
    [0034] Beiden 3/2-Wegeventilen 6 und 36 handelt es sichum Schieberventile mit Federrückstellung, wobeiim Ausgangszustand eine Verbindung zwischen Rücklaufleitung 42 undVerbindungsleitung 5 sowie beim 3/2-Wegeventil 36 eine Verbindungzwischen Rücklaufleitung 42 undVerbindungsleitung 37 besteht. In diesem Zustand ist derArbeitszylinder 4 drucklos geschaltet und es kann manuellgelenkt werden. Durch die Lenkhilfevorrichtung 100 erfolgt keineKraftunterstützung.
    [0035] Wirddie Lenkhilfevorrichtung 100 in Betrieb genommen, sendetdie Steuereinheit 20 zunächst an die 3/2-Wegeventile 6 und 36 Steuersignaleaus, wodurch die elektromagnetischen Stelleinheiten 7 und 39 dieLängs schiebersoweit verschieben, dass eine Mittelstellung schwebend eingenommenwird. In dieser Schaltstellung ist der Längsschieber 32 inder Art ausgelenkt, dass sich die Öffnungsquerschnitte zwischendem Pumpenanschluß 28 unddem jeweiligen Zylinderkammeranschluß 27 und zwischenZylinderkammeranschluß 27 unddem Rücklaufanschluß 50 ingleich großemAusmaß einstellen.Diese symmetrische Schaltstellung führt dazu, dass sich der von derPumpe 16 geförderteVolumenstrom zu gleichen Anteilen zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen 6 und 36 aufteilt und sich somit ein ausgeglichenes, niedriges Druckniveau inden beiden Kammern 4b und 4c des Arbeitszylinderseinstellt.
    [0036] Erhält die Steuereinheit 20 vomDrehwinkel- 21 und/oder Drehmomentsensor 22 wegeneiner Betätigungder Lenkeinrichtung 1 Messsignale, sendet sie an die 3/2-Wegeventile 6 und 36 Steuersignale aus,durch die die elektromagnetischen Stelleinheiten 7 und 39 diebeiden Längsschieber 32 ausder Mittelstellung auslenken. Je nach Art der Bewegung an der Lenkeinrichtung 1 werdendie beiden 3/2-Wegeventile 6 oder 36 wie beschriebenangesteuert, wodurch sich einer der beiden Längsschieber 32 in RichtungRücklaufanschluss 50 öffnet undim gleichen Ausmaß derjeweilig andere Längsschieberin Richtung Rücklaufanschluss 50 schließt. Durchdiese Schaltstellung wird das ausgeglichene Druckniveau in den Kammern 4b und 4c desArbeitszylinders gestörtund der Kolben 4a beginnt sich zu bewegen. Die Intensität der Lenkbewegungbestimmt dabei die Amplitude der Auslenkung der beiden Längsschiebers 32 undfolglich die resultierende Druckdifferenz.
    [0037] Die3/2-wegeventile 6 und 36 sind zur Sicherstellungder Funktionen des Systems mit Mess- und Kontrolleinrichtungen ausgestattet.Beim 3/2-Wegeventil 6 istdies ein Schaltstellungssensor 8, sowie ein Drucksensor 9,der in die Verbindungsleitung 5 angeschlossen ist. Beim3/2-Wegeventil 36 ist dies entsprechend der Schaltstellungssensor 40 sowieder Drucksensor 41 mit Verbindung zur Verbindungsleitung 37.Die durch die Sensoren 8, 9, 40 und 41 geliefertenMesssignale werden ebenfalls von der Steuereinheit 20 ausgewertetund in entsprechende Steuersignale umgesetzt.
    [0038] Tretenbei der Auswertung der Schaltstellungen Fehler auf, kann die Steuereinheit 20 entweder die3/2-Wegeventile 6 und 36 neu ansteuern oder sie kannbei Fortbestehen eines Störungszustandesdas 2/2-Wegeventil 12 ansteuernund eine Notabschaltung vornehmen. Hierbei handelt es sich um einVentil, das gleichzeitig eine elektromagnetisch betätigte Stelleinheit 44 undeine Federrückstellung 43 besitzt. Inder durch die Federrückstellung 43 erzwungenen Schaltstellung,die gleichzeitig die Grundstellung ist, besteht im 2/2-Wegeventil 12 eineLeitungsverbindung. Der dadurch entstehende Kurzschluss macht dasSystem drucklos, so dass keine ungewollten Bewegungen des Arbeitszylinders 4 durcheventuelle Fehlschaltungen der 3/2-Wegeventile 6 und 36 entstehenkönnen.
    [0039] Fernerist zwischen Druckleitung 10 und Rücklaufleitung 42 einDruckbegrenzungsventil 13 eingeschaltet, durch das derMaximaldruck in seiner Höhebegrenzt wird.
    [0040] Dieerfindungsgemäße Servolenkungkann durch entsprechende Auslenkung der 3/2-Wegeventile 6 und 36 jedenbeliebigen Arbeitspunkt einnehmen. Im folgenden sind wesentliche3 charakteristische Arbeitspunkte beschrieben: – In demin 2 gezeigten Auslenkungszustand ist einer der beidenLängsschieber 32 derbeiden 3/2-Wegeventile 6 bzw. 36 derart ausgelenkt, dassder Öffnungsquerschnittzwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 aufein Minimum reduziert und folglich der Öffnungsquerschnitt zwischendem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 auf einMaximum erweitert ist. Beim jeweilig anderen 3/2-Wegeventil 6 bzw. 36 wirdder Längsschieber 32 gegensätzlich derartausgelenkt, dass der Öffnungsquerschnittzwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 aufein Maximum erweitert und der Öffnungsquerschnittzwischen dem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 aufein Minimum reduziert ist (siehe 4). Stationär betrachtetsind die Summen der Öffnungsquerschnittepro Wegeventil 6 und 36 allerdings gleich, sodasssich im stationärenBetriebszustand der von der Pumpe 16 kommende Volumenstromzu gleichen Anteilen zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen 6 und 36 aufteilt.Da die einzelnen Öffnungsquerschnitteallerdings maximal asymmetrisch sind, wird sich auch ein maximalerDruckniveauunterschied zwischen den Zylinderkammern 4b und 4c einstellen. – Inder in 3 sichtbaren schwebenden Mittelstellung ist derLängsschieber 32 inder Art ausgelenkt, dass sich die Öffnungsquerschnitte zwischendem Pumpenanschluß 28 unddem jeweiligen Zylinderkammeranschluß 27 und zwischen Zylinderkammeranschluß 27 unddem Rücklaufanschluß 50 ingleich großemAusmaß einstellen. Dadie einzelnen Öffnungsquerschnittesymmetrisch sind, ist der Druckniveauunterschied zwischen den einzelnenZylinderkammern 4b und 4c zu Null. – Indem in 4 gezeigten Auslenkungszustand ist einer der beidenLängsschieber 32 derbeiden 3/2-Wegeventile 6 bzw. 36 derart ausgelenkt, dassder Öffnungsquerschnittzwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 aufein Minimum reduziert und folglich der Öffnungsquerschnitt zwischendem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 auf einMaximum erweitert ist. Beim jeweilig anderen 3/2-Wegeventil 6 bzw. 36 wirdder Längsschieber 32 gegensätzlich derartausgelenkt, dass der Öffnungsquerschnittzwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 aufein Maximum erweitert und der Öffnungsquerschnittzwischen dem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 aufein Minimum reduziert ist. Stationär betrachtet sind die Summender Öffnungsquerschnittepro Wegeventil 6 und 36 allerdings gleich, sodasssich im stationärenBetriebszustand der von der Pumpe 16 kommende Volumenstromzu gleichen Anteilen zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen 6 und 36 aufteilt.Da die einzelnen Öffnungsquerschnitteallerdings maximal asymmetrisch sind, wird sich auch ein maximalerDruckniveauunterschied zwischen den Zylinderkammern 4b und 4c einstellen.
    [0041] DieSteuereinheit 20 der erfindungsgemäßen Servolenkung ist so ausgestaltet,dass sie aus dem innerhalb der Lenkhilfevorrichtung 100 ermitteltenMesssignalen die im jeweiligen Betriebszustand notwendigen Steuersignalegeneriert und an die jeweiligen Stelleinheiten 7, 39 oder 44 aussendet.Dies geschieht unter Einbeziehung der in der Steuereinheit 20 vorhandenenHardware, vorzugsweise vorhandene Rechnerbausteine, sowie der zusätzlich dortabgelegten Programmprodukte, mit deren Hilfe die Hardware nach einprogrammiertenAlgorithmen arbeitet. Die Steuereinheit 20 kann dabei einespezifische Hardware Ausstattung haben oder aus einem Steuerrechnerbestehen, der seinerseits zusätzlich vorhandeneLeistungsstufen ansteuert, die die für die Steuersignale notwendigenLeistungsparameter haben. Es besteht ferner die Möglichkeit,die Steuereinrichtung so auszulegen, dass sie auch außerhalbder vorhandene Mess- oder Steuersignale empfängt, auswertet und Steuersignalegeneriert.
    [0042] Dievorzugsweise verwendeten 3/2-Wegeventile 6, 36 sindwiederum vorzugsweise als Bohrungseinbauventile (Cartrige) ausgeführt undbestehen im Wesentlichen aus einem Einbaugehäuse 46, einem darinlaufenden Längsschieber 32 sowieeinem Elektromagneten 26. Am oberen Ende 47 des Längsschiebers 32 istein Magnetkern 48 angeordnet, der im Zusammenwirken mitdem Elektromagneten 26 die Verstellung des Längsschiebers 32 bewirkt.Die Bohrung 27 bildet den Anschluss für den Arbeitszylinder 4,währendBohrung 28 den Anschluss für die Druckleitung 10 bildet.Die Bohrung 49 des Gehäuses 46 Ventilanordnung 46 nimmtden Längsschieber 32 aufund bildet eine Verbindung mit der koaxialen Bohrung 50 imLängsschieber 32 den Anschlussfür dieRücklaufleitung 49 aus.
    [0043] DieBohrungen 49 und 50 sind über eine Querbohrung 51 miteinanderverbunden.
    [0044] Sobalddas Steuersignal fürdie Ansteuerung des 3/2Wegeventils 6, 36 ausbleibt,wird es durch die Feder 29 in Grundstellung zurück bewegt.Dabei wird überden Anschluss 53 die Kammer 45 mit Fluid aus demArbeitszylinder 4 überdie Verbindungsleitungen 5, 37 gefüllt undso der Rückstellvorgangbeschleunigt.
    [0045] DieErfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass die bekannteTechnologie heutiger Drehschieberventile auf elektromagnetisch betätigte Längsschieberventile übertragenwurde. Dabei wurde das, mechanisch betätigte Drehschieberventil das als4/3-Wegeventil mit offener Mitte ausgeführt ist, durch zwei getrennte,elektromagnetisch betätigte, 3/2-Wegeventileebenfalls mit offener Mitte ersetzt. Genauso wie bei heutigen Drehschieberventilenwird ein permanenter Volumenstromfluß über die Steuerkanten der 3/2-Wegeventile zugelassen.Dies führt zueinem Lenkgefühlwelches jenem heutige bekannter Servolenkungen entspricht.
    [0046] DieErfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass unabhängig vonder Auslenkung an der Lenkhilfeeinrichtung eine Unterstützungs-wirkungam Arbeitszylinder aufgebracht werden kann. Ferner sind die erfindungsgemäßen 3/2-Wegeventile wesentlicheinfacher aufgebaut und damit kostengünstiger herstellbar als heutebekannte Drehschieberventile.
    [0047] Einweiterer wesentlichster Vorteil besteht darin, dass durch die aufgetrennteAnordnung der Ventile die hydraulische Unterstützung auf jeder Seite des Arbeitszylinderunabhängigvoneinander eingestellt werden kann. Dadurch kann die Steifigkeit desSystems beliebig variiert werden.
    [0048] Einbesonderer Vorzug der Erfindung liegt zusätzlich darin, dass im oderam mechanischen Durchtrieb bzw. in oder an der Zwangsverbindung zwischenLenkhandhabe und den damit gelenkten Fahrzeugrädern keine hydraulischen Steuerorgane mitreibungsbehafteten Dichtringen angeordnet sein müssen. Dementsprechend wirdbei der Erfindung ein Lenksystem mit geringer Hysterese bei Lenkmanövern mitaufeinanderfolgenden Lenkungswechseln gewährleistet.
    100 Lenkhilfevorrichtung 200 Hydraulikversorgung 1 Lenkeinrichtung 2 Lenkgetriebe 3 Koppelstange 4 Arbeitszylinder 4a Kolben 4b Arbeitsraum – links 4c Arbeitsraum – rechts 5 Verbindungsleitung 6 3/2-Wegeventil 7 Stelleinheit 8 Schaltstellungs-Sensor 9 Druck-Sensor 10 Druckleitung 11 Rückstellfeder 12 2/2-Wegeventil 13 Druckbegrenzungsventil 14 Dehnschlauch 15 Volumenstromregelventil,variabel 16 Pumpe 17 Fluidbehälter 18 Filter 19 Ölkühler 20 Steuereinheit 21 Drehwinkel-Sensor 22 Drehmoment-Sensor 23 Ventilanordnung 24 Kolbensegment 25 Außengehäuse 26 Elektromagnet 27 Leitungsanschluss 28 Leitungsanschluss 29 Druckfeder 30 Anschlussbohrung 31 KoaxialeBohrung 32 Längsschieber 33 Permanentmagnet 34 Druckleitungsanschluss 35 Ventilblock 36 3/2-Wegeventil 37 Verbindungsleitung 38 Rückstellfeder 39 Stelleinheit 40 Schaltstellungs-Sensor 41 Druck-Sensor 42 Rücklaufleitung 43 Rückstellfeder 44 Stelleinheit 45 Kammer 46 Einbaugehäuse 47 oberesEnde des Längsschiebers 32 48 Magnetkern 49 Anschluss 50 Bohrung 51 Querbohrung 52 Kolbensegment 53 Leitungsanschluss
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Lenkhilfevorrichtung (100) für ein Fahrzeug, insbesonderefür einFahrzeug mit gelenkten Rädern, miteiner eine Pumpe (16) aufweisenden Hydraulikversorgung(200), einem mit der Lenkeinrichtung (1) zusammenwirkendenArbeitszylinder (4), einer Ventilanordnung (23)zur Ansteuerung eines den Arbeitszylinder (4) in einenersten Arbeitsraum (4b) und einen zweiten Arbeitsraum (4c)teilenden Kolben (4a) innerhalb des Arbeitszylinders (4)und einer Stellsignale in Abhängigkeitder Bewegung der Lenkeinrichtung (1) an die Ventilanordnung(23) abgebenden und Signale der die Lenkbewegung sowieder Zuständeder Ventilanordnung (23) erfassende Sensoren (21, 22, 8, 9, 40, 41)aufnehmenden Steuereinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet,dass die Ventilanordnung (23) jedem Arbeitsraum zugeordnete3/2-Wegeventile (6, 36) aufweist, die als Längsschiebermit offener Mittelstellung ausgeführt sind, wobei die 3/2-Wegeventile(6, 36) jeweils mit der Hydraulikversorgung (200) über einean einen Leitungsanschluss (28) angeschlossene Druckleitung(10) und übereine an einen Leitungsanschluss (49) angeschlossene Rücklaufleitung(42) sowie mit dem Arbeitszylinder (4) über einean einen Leitungsanschluss (27 und 53) angeschlosseneVerbindungsleitung (5, 37) verbunden sind.
    [2] Lenkhilfevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das 3/2-Wegeventil (6, 36) mit einer hydraulischenFluiddruckrückführung versehenist, die eine Kammer (45) umfasst, die über den Leitungsanschluss (53) über dieVerbindungsleitung (5, 37) mit dem zu entleerendenArbeitsraum (4b, 4c) des Arbeitszylinders verbundenist, in dem das dort vorhandene Druckniveau in der Kammer (45)aufgebaut wird.
    [3] Lenkhilfevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die an die Ventilanordnung (23) angeschlosseneHydraulikversorgung (200) ein Volumenstromregelventil (15)aufweist.
    [4] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Verbindungsleitung (5)den ersten Arbeitsraum (4b) des Arbeitszylinders (4)mit dem ersten 3/2-Wegeventil (6) der Ventilanordnung (23)und eine zweite Verbindungsleitung (37) den zweiten Arbeitsraum(4c) des Arbeitszylinders (4) mit dem zweiten3/2-Wegeventil (3, 6) verbindet.
    [5] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil (6, 36)durch elektrische Signale der Signaleinrichtung (20) gesteuertist und ein elektromagnetisch betriebenes Stellglied (32)aufweist.
    [6] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil als Stellglied einenLängsschieber(32) umfasst, der mit einer in der Kammer (45)angeordneten Druckfeder (29) zusammenwirkt und zwischeneiner Ausgangsstellung und einer Endstellung beliebig verfahrbarist.
    [7] Lenkhilfevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass bei spannungslosem Zustand des 3/2-Wegeventils (6, 36)der Längsschieber(32) durch die Druckfeder (29) in der Ausgangsstellungeiner Stellung gehalten ist, in der die Druckleitung (10)unterbrochen und die Verbindungsleitungen (5, 37)mit der Rücklaufleitung(42) verbunden sind.
    [8] Lenkhilfevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurchgekennzeichnet, dass in der Mittelstellung der Längsschieber (32) dieVerbindungsleitung (5, 37), die Druckleitung (10)und die Rücklaufleitung (42)in der Art miteinander verbindet, dass die Öffnungsquerschnitte sämtlicherSteuerkanten im gleichen Ausmaß geöffnet sind.
    [9] Lenkhilfevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsschieber (32) inder Endstellung die Druckleitung (10) mit der Verbindungsleitung(5, 37) verbindet und die Rücklaufleitung (42)unterbrochen ist.
    [10] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass jedes der 3/2-Wegeventile (6, 36)unabhängig vondem anderen 3/2-Wegeventil (36 bzw. 6) durch Signaleeiner Steuereinheit (20) nach vorgegebenen Algorithmen,vorzugsweise unter Anwendung dort abgelegter Programmprodukte, unterBerücksichtigungvon Sensorsignalen zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellungbeliebige Schaltstellungen einnehmen kann.
    [11] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet dass die 3/2-Wegeventile (6, 36)bei Stillstand des Fahrzeuges im spannungslosen Zustand sind.
    [12] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass beide der 3/2-Wegeventile (6, 36)bei Anliegen eines Signals der Lenkeinrichtung (1) ausder Mittenstellung in gegensätzlicherRichtung im gleichen Ausmaß ausgelenktwerden.
    [13] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die 3/2-Wegeventile (6, 36)Bohrungseinbauventile ausgeführtsind.
    [14] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (23) zusätzlich einDruckbegrenzungsventil (13) aufweist.
    [15] Lenkhilfevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilblock (23) zusätzlich ein2/2-Wegeventil (12) aufweist, wobei dasselbe eine Verbindungzwischen Druckleitung (10) und Rücklaufleitung (42)herstellt, die im Betriebszustand unterbrochen ist und bei Anliegeneines Signals der Steuereinheit (20) eine Verbindung herstellt.
    [16] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet dass die Lenkeinrichtung (1) einenDrehwinkelsensor (21) und/oder einen Drehmomentsensor (22)aufweist.
    [17] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstellung des ersten 3/2-Wegeventil (6) durcheinen Schaltstellungssensor (8) und die Schaltstellungdes zweiten 3/2-Wegeventils (36) durch einen Schaltstellungssensor(40) überwacht unddie Messergebnisse von der Steuereinheit (20) verarbeitetwerden.
    [18] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (5)durch einen Drucksensor (9) und die Verbindungsleitung(37) durch einen Drucksensor (41) überwachtund die Messsignale der Drucksensoren (9, 41)von der Steuereinheit (20) verarbeitet werden.
    [19] Lenkhilfevorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausden Signalen der Sensoren (21, 22, 8, 40, 9, 41)Informationen über denBetriebszustand der Lenkhilfevorrichtung (100) erarbeitetund bei Vorliegen bestimmter, in der Steuereinheit (20)abgelegter Betriebszustände,ein Steuersignal fürdas 2/2-Wegeventil(12) absetzt und dieses dadurch aus der Ausschaltin dieEinschaltstellung schaltbar ist.
    [20] Verfahren zum Betrieb der Lenkhilfevorrichtung(100)nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendeVerfahrensschritte: a. Bei Ausbleiben des Fluidstroms der Pumpe(16) befinden sich die 3/2-Wegeventile (6, 36)in der Ausgangsstellung und das Fluidsystem ist wirkungslos, wobeiLenkbewegungen bei erhöhtenLenkkräftenan der Lenkeinrichtung (1) möglich sind; b. Bei Vorhandenseineines Fluidstroms von der Pumpe (16) werden die 3/2-Wegeventile(6, 36) in die Mittelstellung geschaltet, wobeider Fluidstrom bei Ausbleiben von Lenkbewegungen an der Lenkreinrichtung(1) mit niedrigem Druck umläuft und durch Lenkbewegungenbeide der 3/2-Wegeventile(6, 36) aus der Mittenstellung in gegensätzlicherRichtung im gleichen Ausmaß ausgelenktwerden. Die Intensitätder Lenkbewegung bestimmt dabei den Auslenkungsgrad der beiden Längsschieber. c.Bei Vorliegen einer Betriebsstörungwird das 2/2-Wegeventil(12) spannungsfrei geschaltet und durch die Rückstellfeder(38) in eine Ausgangsstellung geschaltet, in der eine Druckleitung(10) mit der Rücklaufleitung(42) verbunden wird, wobei unabhängig von der Schaltstellungder 3/2-Wegeventile (6, 36) eine Lenkbewegungan der Lenkeinrichtung (1) ohne Unterstützung durch das Fluidsystem(Notlenkung) möglichist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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