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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1.
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Eine
gattungsgemäße hydraulische
Servolenkung ist aus der
DE
197 33 032 bekannt. Die aus der
DE 197 33 032 bekannte und in
1 dargestellte
hydraulische Servolenkung benötigt
zur Druckversorgung einen zusätzlichen
Druckspeicher, welcher in Verbindung mit der elektrischen Ladepumpe
und der Druckminderventile die erforderlichen Arbeitdrücke in den
Arbeitsräumen
des Stellaggregats einregelt. Bzgl. der Funktion der einzelnen Komponenten sowie
der Charakteristik der hydraulischen Lenkung wird auf die
DE 197 33 032 verwiesen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße hydraulisch
Servolenkung dahingehend weiterzuentwickeln, dass sich eine bessere
Lenkcharakteristik ergibt.
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Diese
Aufgabe wird erfinderisch mit einer hydraulisch Servolenkung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
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Der
Erfindung liegt der Erfindungsgedanke zugrunde, dass die das Stellaggregat
steuernden Druckminderventile wiederum durch ein Hydraulikventil
gesteuert werden. Hierdurch können
die vom Stand der Technik bekannten teuren elektromechanisch arbeitenden
Druckminderventils entfallen. Der Volumenstrom zur Ansteuerung der
Druckminderventile wird hierbei von dem Hydraulikventil, z.B. einem
mechanischen Drehschieber oder einem Linearschieberventil, erzeugt.
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.
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Die
zu verwendende Pumpe kann eine Servopumpe, eine elektrisch betriebene
Pumpe oder aber eine Pumpe mit Kupplung sein, welche bei Bedarf
zugeschaltet wird. Vorteilhaft kann eine druckgeregelte Servopumpe,
insbesondere eine regelbare Flügelzellenpumpe
eingesetzt werden, die 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.
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Durch
den Einsatz einer handelsüblichen Pumpe
und der hydraulisch betriebenen Druckminderventile können vorteilhaft
die Kosten und die Komplexität
des Systems weiter reduziert werden.
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Solange
bei der erfindungsgemäßen Lenkung
keine Lenkunterstützung
gefordert wird, liefert die Kombination Pumpe/Druckspeicher 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 und die Pumpe
gegebenenfalls zum Druckaufbau im Druckspeicher zugeschaltet wird.
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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.
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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.
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Nachfolgend
werden anhand von Zeichnungen mögliche
Ausführungsformen
der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Eine hydraulische Lenkung nach dem Stand der Technik;
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2:
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Lenkung mit zusätzlichem „open-center" Hydraulikventil;
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3:
eine hydraulischen Lenkung gem. 2 jedoch
mit zusätzlichem „closed-center" Hydraulikventil;
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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.
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Die
Zahnstange bildet einen Teil einer Kolbenstange 1c eines
doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregates 1, dessen beiden
Arbeitsräume 1a und 1b jeweils
separat über
Antriebsleitungen 2a und 2b mit jeweils einem
Druckminderventil 3a und 3b verbunden sind. Dabei
handelt es sich jeweils um ein Druckminderventil mit Entlastung, d.h.
die Druckminderventile 3a und 3b können die
jeweilige Seite des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 einerseits über ein
zwischengeschaltetes Rückschlagventil 5 mit
der Druckseite einer Pumpe oder mit einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir 6 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 Pumpe 4 als auch gegenüber dem Hydraulikreservoir 6 absperren.
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Die
Druckminderventile 3a und 3b sind bezüglich ihres
Druck-Sollwertes hydraulisch steuerbar, wie weiter unten näher erläutert wird.
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Die
Pumpe 4 ist saugseitig mit dem Hydraulikreservoir 6 verbunden.
Die Pumpe 4 dient zum Aufbau des Systemdrucks im Druckspeicher 22.
Die Druckseite der Pumpe 4 ist heirfür mittels eines Rückschlagventils 24 mit
dem Druckspeicher 22 in Verbindung. Der Druck im Druckspeicher 22 sowie die
Pumpenfunktion werden von der zentralen Steuereinheit 7 überwacht
und gesteuert.
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Wird
eine Lenkunterstützung
benötigt,
werden die Druckminderventile 3a und 3b entsprechend von
der Steuereinheit 7 angesteuert und geöffnet, damit sich der benötigte Druck
in den Arbeitsräumen 1a und 1b des
Stellaggregates 1 einstellt. Durch das Öffnen eines der Druckminderventile 3a und 3b beginnt ein
Volumenstrom zu fließen,
wodurch der Systemdruck kurzzeitig absinkt. Dieser Druckabfall wird
zur Steuerung der Pumpe 4 genutzt.
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Die
Steuereinheit 7 ist eingangsseitig mit einem nicht dargestellten
Drehmomentensensor verbunden, welcher die an der Lenkhandhabe aufzubringende
Handkraft erfaßt.
Des weiteren kann die Steuereinheit 7 mit unterschiedlichen
zusätzlichen Sensoren
verbunden sein, bspw. mit einem Sensor für die Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeuges.
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Zudem
kann die Steuereinheit 7 die Signale optionaler Drucksensoren
zur Steuerung der Druckminderventile 3a und 3b verarbeiten.
Die zusätzlichen
Drucksensoren werden jedoch idR nicht benötigt, da die Druckminderventile 3a und 3b je
nach erhaltenem Steuersignale einen definierten Druck zuverlässig in
den Arbeitsräumen 1a und 1b einregeln.
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Der
nach Art eines Schiebers dargestellte Ventilkörper eines Druckminderventils 3a bzw. 3b wird
vom hydraulischen Druck in der Anschlußleitung 2a bzw. 2b sowie
der Kraft einer ersten Feder F in Richtung der die Anschlußleitung 2a bzw. 2b mit
dem Hydraulikreservoir 6 verbindenden Ventilstellung gedrängt. Eine
weitere Kraft wird durch den Druck in der hydraulischen Steuerleitung 17a bzw. 17b über das Hydraulikventil 16 erzeugt.
Diese Kraft wirkt entgegengesetzt zur Federkraft der Feder F und
sucht den Ventilkörper
in dessen die Anschlußleitung
mit dem Druckspeichers verbindende Stellung zu drängen. Im Ergebnis
wird damit durch den hydraulischen Druck in der Anschlußleitung 2a bzw. 2b einerseits
und der gesteuerten Kraft aufgrund des gesteuerten Hydraulikventils 16 die
jeweilige Ventilstellung bestimmt. Steigt der Druck in der Anschlußleitung 2a bzw. 2b gegenüber der
aus dem Druck in der Steuerleitung 17a bzw. 17b resultierenden
Kraft hinreichend an, so wird der Ventilkörper in die in der 2 dargestellte Lage
gestellt. Falls sich die hydraulischen Druckkräfte in der Anschlußleitung 2a bzw. 2b sowie
die Federspannung der Feder F einerseits und die vom Hydraulikventil 16 erzeugte
Stellkraft andererseits ausgleichen, nimmt das Ventil ebenfalls
die Stellung gem. 2 ein. Falls dagegen die Kraft
des Hydraulikventils 16 überwiegt, geht das Ventil in
die die Anschlußleitung 2a bzw. 2b mit
dem Druckspeicher bzw. der Druckauslaßseite der Pumpe 4 verbindende Stellung über.
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Zur
Verbesserung der mechanischen Dämpfungsfunktion
kann, wie in 2 dargestellt, im Rücklauf 12 zwischen
den Druckminderventilen 3a und 3b und dem Hydraulikreservoir 6 ein
Servodrosselventil 9 zwischengeschaltet sein. Die Steuereinheit 7 kann über die
Signalleitung 10 und der Stelleinrichtung 8 den
Drosselquerschnitt des Servodros selventils 9 einstellen.
Hierdurch ist eine Adaption der Dämpffunktion an unterschiedliche
Fahrzustände möglich. Eine
Abschaltung dieser Funktion ist optional bei Tieftemperaturen möglich.
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Das
Hydraulikventil 16 bzw. 16' ist als Linearschieberventil dargestellt,
dessen Ventilkörper
von der Lenkhandhabe 21 verstellt wird. Das Hydraulikventil
kann sowohl ein Ventil mit „geöffneter
Mitte" (open center, 2)
oder auch als Ventil mit „geschlossener
Mitte" (closed center, 3)
sein. Ein Ventil mit geschlossener Mitte ist aufgrund des geringeren
Gesamtenergieverbrauchs idR zu bevorzugen.