DE10159297A1

DE10159297A1 - Zweikreisiges Steer-by-wire-Lenksystem mit zwei hydraulisch betriebenen Stellaggregaten

Info

Publication number: DE10159297A1
Application number: DE2001159297
Authority: DE
Inventors: Karsten Sikora; Jochen Horwath
Original assignee: Mercedes Benz Lenkungen GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-12
Also published as: WO2003047949A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steer-By-Wire-Lenkung, mit einem ersten und einem zweiten auf die lenkbaren Räder (1) wirkenden hydraulisch arbeitenden Stellaggregat (2), wobei im normalen Fahrbetrieb nur das erste Stellaggregat (2) die lenkbaren Räder (1) verstellt und das zweite Stellaggregat (2) nur hilfsweise zur Krafterhöhung das erste Stellaggregat (2) unterstützt und/oder bei Ausfall des ersten Stellaggregats (2) dessen Funktion übernimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein zweikreisiges Steer-by-wire-Lenksystem mit zwei hydraulisch betriebenen Stellaggregaten.
Es sind Lenksysteme bekannt, die über zwei Stellaggregate zur Verstellung der lenkbaren Räder verfügen. Die Stellaggregate dieser Lenksysteme sind derart dimensioniert, daß beide Stellaggregate im normalen Fahrbetrieb zusammen arbeiten, d. h. beide Stellaggregat in etwa die gleiche Kraft aufbringen. Durch den gleichzeitigen Betrieb beider Stellaggregate können die Stellaggregate und auch deren Lenkkreise kleiner dimensioniert werden. Bei Ausfall eines Lenkkreises bzw. Stellaggregats kann das noch funktionierende andere Stellaggregat die Räder gerade noch Verstellen, wodurch ein eingeschränkter Fahrbetrieb noch möglich ist. Derartige Systeme sind entweder einkreisig oder nicht vollständig zweikreisig ausgelegt, so daß keine echte Redundanz gegeben ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steer-bywire-Lenkung bereitzustellen, die ein möglichst geringes Gewicht aufweist und einen geringen Energieverbrauch hat.
Diese Aufgabe wird mit einer Steer-by-wire-Lenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Steer-By- Wire-Lenksystemen ist, wie bereits ausgeführt, keine reine Einkreisigkeit der Lenkkreise realisiert. Dies bedeutet, daß stets zwei Lenkkreise gleichzeitig zur Verstellung der lenkbaren Räder angesteuert werden, wodurch sich ein relativ hoher Kraftstoffbedarf ergibt. Im Gegensatz hierzu weist die erfindungsgemäße Steer-By-Wire-Lenkung den Vorteil auf, daß die beiden Lenkkreise so dimensioniert sind, daß sie einzeln im normalen Fahrbetrieb die benötigten Kräfte zur Lenkung der Räder aufbringen können. Vom normalen Fahrbetrieb unterscheidet sich der Parkier- bzw. Rangierbetrieb, bei dem die Lenkung aufgrund der höheren Reibkräfte relativ hohe Kräfte zur Lenkung der Räder aufbringen muß. Bei der erfindungsgemäßen Steer-By-Wire-Lenkung arbeiten beide Lenkkreise zusammen, sofern die erhöhten Kräfte im Parkier- bzw. Rangierbetrieb aufzubringen sind. Dagegen arbeitet nur ein Lenkkreis im normalen Fahrbetrieb. Hierdurch können die beiden Lenkkreise für sich kleiner mechanisch dimensioniert werden. Dadurch ergibt sich vorteilhaft ein geringerer Volumenstrombedarf des fluiden Mediums eines Lenkkreises, wodurch die Pumpen kleiner dimensioniert werden können und sich vorteilhaft ein geringerer Kraftstoffbedarf einstellt. Durch die kleinere mechanische Dimensionierung ist die erfindungsgemäße Steer-By-Wire-Lenkung vorteilhaft sehr kompakt in ihrem Aufbau und gering an Gewicht.
Vorteilhaft weisen beide Lenkkreise ein Ventil mit "geschlossener Mitte" (closed enter) auf, wodurch sich ein geringer Energieverbrauch des Systems erzielen läßt.
Eine einfachere Steuerung läßt sich dagegen erzielen, wenn für den ersten Lenkkreis, welcher für den normalen Fahrbetrieb vorgesehen ist, ein Steuerventil mit "geöffneter Mitte" (open center) vorgesehen. Hierdurch ist es nicht erforderlich, einen Druckspeicher für diesen Lenkkreis vorzusehen. Der zweite Lenkkreis, welcher nur beim Bedarfsfall zugeschaltet oder aber bei Ausfall des ersten Lenkkreises für diesen als Rückfallebene zugeschaltet wird, verwendet vorteilhaft ein Steuerventil, welches als Ventil mit "geschlossener Mitte" (closed center) ausgebildet ist. Durch zusätzliche Verwendung eines Druckspeichers für diesen zweiten Lenkkreis wird erreicht, daß die zum Druckaufbau eingesetzte Pumpe nicht fortlaufend in Betrieb sein muß. Hierdurch wird eine weitere Energieeinsparung erzielt. Durch den Druckspeicher ist der zweite Lenkkreis stets einsatzbereit und kann bei Bedarf sofort zugeschaltet werden. Auch werden die Volumenstromspitzen, die durch starke Lenkmanöver hervorgerufen werden, durch den Druckspeicher gedeckt, wodurch vorteilhaft eine Pumpe mit geringerer Förderleistung zum Einsatz kommen kann.
Vorteilhaft werden als Stellaggregate bei einem hydraulischen System Stellzylinder verwendet, wobei die Stellzylinder über Wegsensoren verfügen, mit denen die Stellung des Kolbens im Stellzylinder einregelbar ist.
Die Kraftangriffspunkte der Stellaggregate können entweder die Spurstange oder aber die Lenkhebel sein. Die jeweilige Anordnung der Stellaggregate ist prinzipiell beliebig und hängt in der Regel von der Anordnung anderer Fahrzeugkomponenten ab. Aufgrund der relativ kleinen und kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Steer-By-Wire- Lenkung können die Stellaggregate wie beschrieben an verschiedenen Orten des Lenksystems angeordnet werden.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Steer-By-Wire-Lenkung anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Steer-By-Wire-Lenkung mit zwei Stellaggregaten, deren Kraftangriffspunkte die Spurstange sind;
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform, bei der die Kraftangriffspunkte der Stellaggregate die Lenkhebel sind;
Fig. 3 eine parallele Anordnung der beiden Stellzylinder mit gemeinsamen Kraft-Angriffspunkt;
Fig. 4 zwei Stellaggregate mit gemeinsamen Zylindergehäuse und Kolbenstange.
Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes zweikreisiges Steer-By-Wire-System mit zwei Stellzylindern 2, die die Stellaggregate bilden, deren ersten Enden 2a an der Spurstange 3 angelenkt sind. Sensoren S überwachen die Auslenkung der beiden Stellzylinder 2. Die Spurstange 3 verstellt über Lenkhebel 4 die lenkbaren Räder 1. Die zweiten Enden 2b der Stellzylinder 2 sind näher zur gemeinsamen Fahrzeugachse A angeordnet und dort an der Karosserie direkt oder über Zwischenteile befestigt. Über Druckleitungen wird von der Pumpe P₁ des Lenkkreises LK₁ über ein Steuerventil V₁, welches ein Ventil mit "offener Mitte" ist, das fluide Medium in die Arbeitsräume des Stellzylinders 2 gedrückt. Der Lenkkreis LK₂ verfügt über ein Ventil V₂, welches ein Ventil mit "geschlossener Mitte" ist. Solange der Lenkkreis LK₂ bzw. dessen Stellzylinder 2 nicht aktiv an der Lenkung der Räder 1 beteiligt ist, befindet sich das Ventil V₂ in der Mittenstellung, wodurch die Pumpe P₂ das fluide Medium vom Vorratsbehältnis 5 über ein Rückschlagventil R in einen Druckspeicher D pumpt.
Sobald ein gewisser Druck im Druckspeicher D aufgebaut und mittels des Sensors SP gemessen wurde, wird die Pumpe P₂ abgeschaltet. Durch das Rückschlagventil R kann das fluide Medium nicht zurück aus dem Druckspeicher D in das Vorratsbehältnis 5 gelangen. Durch den im Druckspeicher D aufgebauten Druck des fluiden Mediums kann der Lenkkreis LK₂ sofort durch Verstellung des Ventils V2 aktiviert werden. Aufgrund des vorhandenen Drucks im Druckbehältnis D muß die Pumpe P₂ nicht sofort den erforderlichen Druck aufbauen, da dies durch den Druckspeicher D zumindest für kurze Zeit gewährleistet ist.
Die Fig. 2 zeigt eine alternative Anordnung der Stellzylinder 2, wobei diese nicht mehr an der Spurstange 3 mit ihren Kraftangriffspunkten 2a angreifen, sondern an den Lenkhebeln 4.
Alternativ ist auch möglich, daß die Stellzylinder 2 der beiden Lenkkreise LK₁ und LK₂ unterschiedliche Angriffspunkte 2a besitzen. So kann zum Beispiel der Stellzylinder 2 des Lenkkreises LK₁ an der Spurstange angreifen, wohingegen der Stellzylinder 2 des Lenkkreises LK₂ an einem Lenkhebel 4 angreift. Ebenso ist es möglich, daß die Angriffspunkte 2a der beiden Stellzylinder 2 der Lenkkreise LK₁ und LK₂ im zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel vertauscht sind.
Alternativ ist es auch möglich, daß die beiden Stellzylinder bzw. Stellaggregate 12, 22 einen gemeinsamen Kraft-Angriffspunkt besitzen. Dies kann mit den Ausführungsformen gem. der Fig. 3 und 4 erreicht werden. Bei der Ausführungsform gem. der Fig. 3 sind die beiden Stellzylinder 12 parallel zueinander angeordnet, wobei die beiden Kolbenstangen 13 und 17 mittels eines Verbindungsstegs 19 starr miteinander verbunden sind, so daß die Kolben 14 und 18 die selben Bewegungen durchführen. Die Stellzylinder können über ein gemeinsames Zylindergehäuse 15 verfügen, wobei dann eine Trennwand 16 die Arbeitsräume voneinander trennt. Es ist jedoch auch möglich, daß die Stellzylinder über separate Zylindergehäuse verfügen.
Bei der Ausführungsform gem. der Fig. 4 sind beide Kolben 24 und 25 der beiden Stellzylinder 22 an einer gemeinsamen Kolbenstange 23 und in einem gemeinsamen Zylindergehäuse 26 angeordnet. Die Arbeitsräume 27, 28, 29 und 30 werden durch die Kolben 24 und 25 bzw. den am Zylinder 22 angeformten oder befestigten Kragen 31 und der Dichtung 32 voneinander getrennt.
Bei beiden Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 können je nach Einsatz sowohl der Kraftangriffspunkt 12a bzw. 22a als auch alternativ der Kraftangriffspunkt 12b bzw. 22b an der gemeinsamen Spurstange oder an einem Lenkhebel angelenkt sein. Beim Anlenken an einem Lenkhebel ist zusätzlich noch eine Spurstange erforderlich, damit die Kräfte der Stellzylinder 12 bzw. 22 auch auf beide gelenkten Räder 1 wirken.

Claims

1. Steer-By-Wire-Lenkung, mit einem ersten und einem zweiten auf die lenkbaren Räder (1) wirkenden hydraulisch arbeitenden Stellaggregat (2, 12, 22), wobei im normalen Fahrbetrieb nur das erste Stellaggregat (2, 12, 22) die lenkbaren Räder (1) verstellt und das zweite Stellaggregat (2, 12, 22) nur hilfsweise zur Krafterhöhung das erste Stellaggregat (2, 12, 22) unterstützt und/oder bei Ausfall des ersten Stellaggregats (2) dessen Funktion übernimmt.

2. Steer-By-Wire-Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellaggregat jeweils ein Stellzylinder (2, 12, 22) ist, wobei jedem Stellzylinder (2, 12, 22), jeweils mindestens eine Pumpe (P₁, P₂) zur Erzeugung eines Arbeitsdruckes des Fluids zugeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Pumpe (P₁, P₂) und dem Stellzylinder (2, 12, 22) jeweils ein Steuerventil (V₁, V₂) angeordnet ist.

3. Steer-By-Wire-Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (V1) des ersten Stellzylinders (2, 12, 22) ein Ventil mit offener Mitte ("open center") oder mit "geschlossener Mitte" ("closed center") ist.

4. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (V₂) des zweiten Stellzylinders (2, 12, 22) ein Ventil mit geschlossener Mitte ("closed center") ist.

5. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Stellzylinder (2, 12, 22), die dem Stellzylinder (2, 12, 22) zugeordnete mindestens eine Pumpe (P₁, P₂) sowie das Steuerventil (V₁, V₂) jeweils einen Lenkkreis (LK₁, LK₂) bilden, wobei bei Verwendung eines Steuerventils mit geschlossener Mitte ein zusätzlicher Druckspeicher (D) im Lenkkreis angeordnet ist.

6. Steer-By-Wire-Lenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lenkkreis (LK1) derart dimensioniert ist bzw. ein derart großes Kraftniveau besitzt, daß er mit Ausnahme für den Parkierbetrieb bzw. Rangierbetrieb des gelenkten Fahrzeugs hinreichend große Kräfte für der Fahrbetrieb aufbringt.

7. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lenkkreis (LK₂) ein gleiches oder niedrigeres Kraftniveau als der erste Lenkkreis (LK₁) hat.

8. Steer-By-Wire-Lenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lenkkreis (LK₂) ein Kraftniveau hat, derart, daß er alleine bei Ausfall des ersten Lenkkreises (LK₁) die vorgeschriebenen Notlenkeigenschaften erfüllt.

9. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Stellaggregat (2, 12, 22) mit seinem einen ersten Ende (2a, 12a, 22a) an der Spurstange (3) befestigt bzw. angelenkt ist und auf diese zur Lenkung der Räder (1) eine Kraft ausübt.

10. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stellaggregat (2) mit seinem einen ersten Ende (2a) an einem Lenkhebel (4) eines ersten lenkbaren Rads (1) und das zweite Stellaggregat (2) mit seinem einen ersten Ende (2a) an einem Lenkhebel (4) eines zweiten lenkbaren Rads (1) befestigt bzw. angelenkt ist.

11. Steer-By-Wire-Lenkung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (2b) jedes Stellaggregats (2) in einem Bereich an der Fahrzeugkarosse befestigt bzw. angelenkt ist, der näher zur gemeinsamen Achse (A) der gelenkten Räder (1) ist als das jeweilige erste Ende (2a) der Stellaggregate (2).

12. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (P₂) des zweiten Stellaggregats (2, 12, 22) nur solange in Betrieb ist, bis sich ein bestimmter Druck im zugehörigen Druckspeicher (D) aufgebaut hat.

13. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Elektromotor die mindestens eine Pumpe (P₁, P₂) eines Lenkkreises (LK₁, LK₂) antreibt.

14. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das Fahrzeug antreibende Motor über eine Kupplung die Pumpe (P₁, P₂) mindestens eines Lenkkreises (LK₁, LK₂) antreibt.

15. Steer-By-Wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stellzylinder (12, 22) einen gemeinsamen Kraftangriffspunkt auf die Spurstange oder einen Lenkhebel haben.

16. Steer-By-Wire-Lenkung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stellzylinder (12) parallel zueinander angeordnet und die beiden Kolbenstangen (13, 17) mittels eines Verbindungsstegs (19) starr miteinander verbunden fest sind.

17. Steer-By-Wire-Lenkung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stellzylinder (22) ein gemeinsames Zylindergehäuse (26) aufweisen, wobei die Kolben (24, 25) der beiden Stellzylinder (22) eine gemeinsame Kolbenstange 23 besitzen.