DE102004006362B4 - Hydraulische Lenkung mit geregelter Pumpe - Google Patents
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Abstract
Hydraulische Servolenkung mit – einer Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, sowie – damit zur Lenkverstellung zwangsgekoppelten lenkbaren Fahrzeugrädern und – einem mit den lenkbaren Fahrzeugrädern und/oder der Lenkhandhabe zwangsgekoppelten, hydraulisch doppeltwirkenden Stellaggregat (1) mit zwei Arbeitsräumen (1a, 1b), – einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir (6), – einer Steuerventilanordnung mit zwei Druckminderventilen (3a, 3b; 23a, 23b), welche die Arbeitsräume (1a, 1b) mit der Auslaßseite einer Pumpe (4) zu verbinden gestattet, und – einem Sensor zur Erfassung von zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften bzw. Momenten, sowie – einer eingangsseitig mit dem Sensor verbundenen Steuervorrichtung (7), welche die Steuerventilanordnung in Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandhabe und lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften bzw. Momenten derart betätigt, dass das Stellaggregat (1) eine Servokraft zur Verminderung einer an der Lenkhandhabe fühlbaren Handkraft erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) eine druck- und/oder durchflußgeregelte Pumpe ist, deren Volumenstrom unabhängig vom erzeugten Druck verändert bzw. eingestellt werden kann.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Eine gattungsgemäße hydraulische Servolenkung ist aus der
DE 197 33 032 C1 bekannt. Die aus derDE 197 33 032 C1 bekannte und in1 dargestellte hydraulische Servolenkung benötigt zur Druckversorgung einen zusätzlichen Druckspeicher, welcher in Verbindung mit der elektrischen Ladepumpe und den Druckminderventilen die erforderlichen Arbeitsdrücke in den Arbeitsräumen des Stellaggregats einregelt. Bzgl. der Funktion der einzelnen Komponenten sowie der Charakteristik der hydraulischen Lenkung wird auf dieDE 197 33 032 C1 verwiesen. - Ferner ist aus der
DE 27 42 621 A1 eine hydraulische Servolenkung mit einer Lenkhandhabe, mit zwangsgekoppelten lenkbaren Fahrzeugrädern, mit einem hydraulisch doppeltwirkenden Stellaggregat, mit einer Steuerventilanordnung und mit einer druckgeregelten Pumpe bekannt, wobei der Volumenstrom der Pumpe verändert werden kann. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße hydraulische Servolenkung dahingehend zu erweitern, dass auf den Druckspeicher verzichtet werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfinderisch mit einer hydraulischen Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Der Erfindung liegt der Erfindungsgedanke zugrunde, dass durch den Einsatz einer druckgeregelten Servopumpe bzw. einer druck-/durchflußgeregelten Pumpe vorteilhaft auf den Druckspeicher verzichtet werden kann, wodurch die erfindungsgemäße hydraulische Servolenkung nicht nur kleiner baut, sondern auch weniger Teile aufweist und somit weniger störanfällig und leichter zu montieren ist.
- Die druckgeregelte Servopumpe ist vorteilhaft eine regelbare Flügelzellenpumpe, welche sich durch einen hohen Wirkungsgrad sowie eine hohe Dynamik auszeichnet. Die Flügelzellenpumpe weist idR einen Hubring in exzentrischer Lage zum Rotor auf. Wird der Rotor mit den Flügeln gedreht, so vergrößern sich zunächst die Förderzellen, es entsteht ein Unterdruck. Das Druckmedium wird über einen Anschluß angesaugt. In der weiteren Drehung verkleinern sich die Förderzellen wieder, wonach das Medium über den Auslaß in die Druckleitung ausgeschoben wird. Erreicht der Druck in der Auslaßleitung den am Druckregler vorgegebenen Wert, so wird der Reglerkolben entlastet und die Pumpe regelt ab. Sinkt der Systemdruck wegen größeren Förderstrombedarfs unter den vorgegebenen Druckwert, so wird über den Reglerkolben die Exzentrizität des Hubringes zum Rotor vergrößert, wodurch die Pumpe aufregelt. Im abgeregelten Zustand nimmt die Flügelzellenpumpe lediglich ca. 1/5 ihrer Nennleistung bei maximaler Fördermenge auf, wodurch der Einsatz der regelbaren Flügelzellenpumpe zur vorteilhaften Reduzierung des Energiebedarfs der Lenkung beiträgt.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
- Solange keine Lenkunterstützung gefordert wird, liefert die Servopumpe lediglich den Systemdruck, wobei nur ein sehr geringer Volumenstrom zur Leckagekompensation fliest. Hierdurch ist vorteilhaft die Leistungsaufnahme sehr gering. Sobald vom Fahrer eine Lenkunterstützung angefordert wird, werden die Druckminderventile entsprechend angesteuert, wodurch ein benötigter Druck im jeweiligen Arbeitsraum des Stellaggregates eingeregelt wird.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die elektromechanischen Druckminderventile durch vorgesteuerte Druckminderventile ersetzt. Der Volumenstrom zur Ansteuerung der Druckminderventile kann hierbei von einem Hydraulikventil, z. B. einem mechanischen Drehschieber oder einem Linearschieberventil, erzeugt werden. Um das Hydraulikventil mit einem konstanten Volumenstrom zu versorgen kann optional ein Strombegrenzungsventil im Zulauf des Hydraulikventils angeordnet werden. Dieser konstante Volumenstrom zur hydraulischen Betätigung des Hydraulikventils ist sehr viel kleiner als der zur Betätigung der Servolenkung benötigte Volumenstrom. Selbst bei Verwendung eines „Open-Center”-Ventils ist der Energieverbrauch des Systems deutlich geringer als bei einer herkömmlichen „Open-Center”-Lenkung, da der Steuervolumenstrom deutlich reduziert wurde.
- Das vorteilhafte Vorsehen eines Servodrosselventils im Rücklauf der Druckminderventile erlaubt eine adaptive Dämpffunktion an unterschiedliche Fahrzustände durch Veränderung des Drosselquerschnitts. Eine Abschaltung dieser optionalen Funktion z. B. bei Tieftemperaturen ist möglich. Von der Fahrbahn erregte Störungen führen an der Zahnstange zu einem linearen Verschiebeweg. Der Kolben verdrängt dabei Öl, welches über die Tankleitung abgeführt wird. Das im Rücklauf angeordnete Servodrosselventil besitzt eine veränderliche Blende. In Abhängigkeit des Drosselquerschnitts und dem Volumenstrom bildet sich ein Differenzdruck, welcher zu einer Kraft im Zylinderraum des Stellaggregates führt und der Störung entgegenwirkt. Hierdurch wird das System vorteilhaft gedämpft. Durch Veränderung des Steuerstromes kann der Drosselquerschnitt und damit der Grad der Dämpfung beeinflußt werden.
- Zur Verbesserung der Reglungsstrategie und Überwachung des Systemdrucks können mittels optionaler Drucksensoren die Drücke in den Arbeitsräumen überwacht bzw. ermittelt werden. Der Druckaufbau läßt sich so im Gegensatz zur Variante mit gesteuerten Ventilen beschleunigen und verbessert das Ansprechverhalten der Lenkung.
- Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen mögliche Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 : Eine hydraulische Lenkung nach dem Stand der Technik; -
2 : eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkung; -
3 : eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkung mit zusätzlichem „open-center” Hydraulikventil; -
4 : eine hydraulischen Lenkung gem.3 jedoch mit zusätzlichem „closed-center” Hydraulikventil; - Gemäß
2 besitzt ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug mit nicht näher dargestellten lenkbaren Fahrzeugrädern zu deren Lenkverstellung eine Lenkhandhabe, welche über ein nicht dargestelltes Ritzel mit einer Zahnstange antriebsgekoppelt ist, deren Bewegungen über nicht dargestellte Spurstangen auf die vorgenannten lenkbaren Räder übertragen werden. - Die Zahnstange bildet einen Teil einer Kolbenstange
1c eines doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregates1 , dessen beiden Arbeitsräume1a und1b jeweils separat über Antriebsleitungen2a und2b mit jeweils einem Druckminderventil3a und3b verbunden sind. Dabei handelt es sich jeweils um ein Druckminderventil mit Entlastung, d. h. die Druckminderventile3a und3b können die jeweilige Seite des Kolben-Zylinder-Aggregates1 einerseits über ein zwischengeschaltetes Rückschlagventil5 mit der Druckseite einer Pumpe4 oder mit einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir6 verbinden. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform könnten die Druckminderventile auch so ausgeführt sein, dass sie in einer dritten Schaltposition die Arbeitsräume sowohl gegenüber der Druckseite der Pumpe4 als auch gegenüber dem Hydraulikreservoir6 absperren. - De Druckminderventile
3a und3b sind bezüglich ihres Druck-Sollwertes steuerbar, wie weiter unten näher erläutert wird. - Die Pumpe
4 ist saugseitig mit dem Hydraulikreservoir6 verbunden. Die Pumpe4 ist eine druckgeregelte Servopumpe, bei der der Volumenstrom unabhängig vom zu erzeugenden Druck verändert bzw. eingestellt werden kann. Die Servopumpe4 liefert im Ruhezustand, wenn die Lenkung sich in der Mittenstellung befindet bzw. keine Lenkunterstützung gefordert wird, den Systemdruck, wobei nur ein geringer Volumenstrom zur Leckagekompensation fließt. Wird eine Lenkunterstützung benötigt, werden die Druckminderventile3a und3b entsprechend von der Steuereinheit7 angesteuert und geöffnet, damit sich der benötigte Druck in den Arbeitsräumen1a und1b des Stellaggregates1 einstellt. Durch das Öffnen eines der Druckminderventile3a und3b beginnt ein Volumenstrom zu fließen, wodurch der Systemdruck kurzzeitig absinkt. Dieser Druckabfall wird zur Steuerung der Pumpe4 genutzt. Der Volumenstrom wird kurzfristig erhöht und stellt damit die Druckversorgung für die Druckminderventile und das Stellaggregat sicher. Die Hydraulikpumpe sollte mit maximalem Druck und minimalem Fördervolumen betrieben werden, wodurch die Leistungsaufnahme im Gegensatz zur Permanentpumpe reduziert und somit der Energieverbrauch gesenkt wird. - Die Steuereinheit
7 ist eingangsseitig mit einem nicht dargestellten Drehmomentensensor verbunden, welcher die an der Lenkhandhabe aufzubringende Handkraft erfaßt. Des weiteren kann die Steuereinheit7 mit unterschiedlichen zusätzlichen Sensoren verbunden sein, bspw. mit einem Sensor für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges. - Zudem kann die Steuereinheit
7 die Signale optionaler Drucksensoren15a und15b zur Steuerung der Druckminderventile3a und3b verarbeiten. Die Drucksensoren15a und15b werden jedoch idR nicht benötigt, da die Druckminderventile3a und3b je nach erhaltenem Steuersignale einen definierten Druck zuverlässig in den Arbeitsräumen1a und1b einregeln. - Der nach Art eines Schiebers dargestellte Ventilkörper eines Druckminderventils
3a bzw.3b wird vom hydraulischen Druck in der Anschlußleitung2a bzw.2b sowie der Kraft einer ersten Feder F in Richtung der die Anschlußleitung2a bzw.2b mit dem Hydraulikreservoir6 verbindenden Ventilstellung gedrängt. Eine weitere Kraft, welche durch das Steuerorgan S steuerbar veränderlich ist, und die entgegengesetzt zur Federkraft der Feder F ist, sucht den Ventilkörper in dessen die Anschlußleitung mit der Druckseite der Pumpe4 verbindende Stellung zu drängen. Im Ergebnis wird damit durch den hydraulischen Druck in der Anschlußleitung2a bzw.2b einerseits und der gesteuerten Kraft des Steuerorgans S die jeweilige Ventilstellung bestimmt. Steigt der Druck in der Anschlußleitung2a bzw.2b gegenüber der Kraft des Steuerorgans S hinreichend an, so wird der Ventilkörper in die in der2 dargestellte Lage gestellt. Falls sich die hydraulischen Druckkräfte in der Anschlußleitung2a bzw.2b sowie die Federspannung der Feder F einerseits und die Kraft des Stellorgans S andererseits ausgleichen, nimmt das Ventil ebenfalls die Stellung gem.2 ein. Falls dagegen die Kraft des Steuerorgans S überwiegt, geht das Ventil in die die Anschlußleitung2a bzw.2b mit der Druckauslaßseite der Pumpe4 verbindende Stellung über. - Vorzugsweise ist das Steuerorgan S selbsthemmungsfrei ausgebildet, bspw. als Stellmagnet, so dass bei der Abschaltung des elektrischen Steuerstroms für das Steuerorgan S dieses keine Kraft mehr erzeugt, mit der Folge, dass die Feder F den Ventilkörper unabhängig vom hydraulischen Druck in der Anschlußleitung
2a bzw.2b in die in2 dargestellte Ventilposition stellt. - Zur Verbesserung der mechanischen Dämpfungsfunktion kann, wie in
2 dargestellt, im Rücklauf12 zwischen den Druckminderventilen3a und3b und dem Hydraulikreservoir6 ein Servodrosselventil9 zwischengeschaltet sein. Die Steuereinheit7 kann über die Signalleitung10 und die Stelleinrichtung8 den Drosselquerschnitt des Servodrosselventils9 einstellen. Hierdurch ist eine Adaption der Dämpffunktion an unterschiedliche Fahrzustände möglich. Eine Abschaltung dieser Funktion ist optional bei Tieftemperaturen möglich. - An Stelle von elektromechanischer Druckminderventile können auch vorgesteuerte Druckminderventile verwendet werden. Die
3 und4 zeigen derartige hydraulische Lenkungen. Bei diesen Lenkungen werden die Druckminderventile23a und23b über die hydraulischen Steuerleitungen17a und17b mittels des Hydraulikventils16 bzw.16' gesteuert. Das Hydraulikventil16 bzw.16' ist als Linearschieberventil dargestellt, dessen Ventilkörper von der Lenkhandhabe21 verstellt wird. Das Hydraulikventil kann sowohl ein Ventil mit „geöffneter Mitte” (open center,3 ) oder auch als Ventil mit „geschlossener Mitte” (closed center,4 ) sein. Ein Ventil mit geschlossener Mitte ist aufgrund des geringeren Gesamtenergieverbrauchs idR zu bevorzugen.
Claims (8)
- Hydraulische Servolenkung mit – einer Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, sowie – damit zur Lenkverstellung zwangsgekoppelten lenkbaren Fahrzeugrädern und – einem mit den lenkbaren Fahrzeugrädern und/oder der Lenkhandhabe zwangsgekoppelten, hydraulisch doppeltwirkenden Stellaggregat (
1 ) mit zwei Arbeitsräumen (1a ,1b ), – einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir (6 ), – einer Steuerventilanordnung mit zwei Druckminderventilen (3a ,3b ;23a ,23b ), welche die Arbeitsräume (1a ,1b ) mit der Auslaßseite einer Pumpe (4 ) zu verbinden gestattet, und – einem Sensor zur Erfassung von zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften bzw. Momenten, sowie – einer eingangsseitig mit dem Sensor verbundenen Steuervorrichtung (7 ), welche die Steuerventilanordnung in Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandhabe und lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Kräften bzw. Momenten derart betätigt, dass das Stellaggregat (1 ) eine Servokraft zur Verminderung einer an der Lenkhandhabe fühlbaren Handkraft erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4 ) eine druck- und/oder durchflußgeregelte Pumpe ist, deren Volumenstrom unabhängig vom erzeugten Druck verändert bzw. eingestellt werden kann. - Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderventile elektromechanische 3-Wege-Druckminderventile (
3a ,3b ) sind. - Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderventile (
23a ,23b ) hydraulisch gesteuerte 3-Wege-Druckminderventile sind. - Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil (
16 ,16' ), insbesondere ein mechanischer Drehschieber oder Linearschieberventil den Volumenstrom zur Ansteuerung der Druckminderventile (23a ,23b ) erzeugt. - Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der druckerzeugenden Pumpe (
4 ) und dem Hydraulikventil (16 ,16' ) ein Strombegrenzungsventil (18 ) zwischengeschaltet ist, und insbesondere die Lenkhandhabe (21 ) den Volumenstrom der Pumpe (4 ) auf Stellaggregat (1 ) und das Hydraulikventil (16 ,16' ) verteilt. - Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (
16 ,16' ) ein Ventil mit „geöffneter Mitte” oder mit „geschlossener Mitte” ist. - Hydraulische Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rücklauf (
12 ) zwischen den 3-Wege-Druckminderventilen (3a ,3b ;23a ,23b ) und dem Reservoir (6 ) ein Servodrosselventil (9 ) zwischengeschaltet ist, wobei der Drosselquerschnitt von der Steuervorrichtung (7 ) gesteuert oder eingeregelt wird. - Hydraulische Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Drucksensoren (
15a ,15b ) den Druck in den Arbeitsräumen (1a ,1b ) des Stellaggregats (1 ) ermitteln, und die Signale der Drucksensoren (15a ,15b ) Eingangssignale für die Steuervorrichtung (7 ) sind.
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