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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung für ein Fahrzeug
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Insbesondere
in Kraftfahrzeugen sind hydraulische Servolenkungen bekannt, bei
denen zusätzlich
zu einer von einem Lenkaktuator in Abhängigkeit von einer Sollwerteingabe
an einer Lenkhandhabe unterstützten Lenkbewegung
eine von einer Servoeinrichtung erzeugten Hilfs-Lenkbewegung additiv überlagert
wird: Auf diese Weise lässt
sich etwa die Lenkbewegung von gelenkten Rädern des Fahrzeugs geschwindigkeitsabhängig variieren.
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Die
DE 203 04 336 U1 beschreibt
eine hydraulische Servolenkung für
ein Fahrzeug, mit einer ersten Druckmittel-Fördereinrichtung, die als Steuer-Hydraulikpumpe
mit einer Lenkhandhabe verbunden ist und mit einer zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung,
die als Modulator-Pumpe ausgebildet ist. Über eine aufwendige Schaltung
von Ventilen, Rückschlagventilen
und einem Druckspeicher wird der Druckmittel-Förderstrom
der Modulator-Pumpe auf den Druckmittel-Förderstrom der Steuer-Hydraulikpumpe addiert
und einem Lenkaktuator zugeführt.
Auf diese Weise lassen sich grundsätzlich vier Betriebsarten der
hydraulischen Servolenkung u.a. der Betrieb der Servolenkung nach
Maßgabe
von Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeuggierrate darstellen.
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Die
US 5845736 beschreibt eine
hydraulische Servolenkung in der Art einer „steer-by-wire"-
Lenkung für
ein Fahrzeug. Es wird u.a. eine steer-by-wire- Lenkung vorgeschlagen,
deren hydraulisches Servoventil als Drehschieberventil ausgebildet
ist, wobei zwei Steuerelemente des Drehschieberventils nach Maßgabe einer Sollwerteingabe
an einer Lenkhandhabe von einem elektrischen Servomotor gegeneinander
verdreht werden und ein Druckmittel-Förderstrom einem hydraulischen
Lenkaktuator zugemessen wird. Der von dem Drehschieberventil gesteuerte
Druckmittel-Förderstrom
lässt sich
außerdem über einen
in dem Drehschieberventil integrierten hydraulischen Stellzylinder
oder Lenkmoment-Stellmotor
nach Maßgabe
von Fahrzeug- und Fahrtparametern verstimmen und übersteuern.
Der hydraulische Stellzylinder oder Lenkmoment-Stellmotor wird über Wegeventile
vom Förderdruck
einer zusätzlichen
Hydraulikpumpe beaufschlagt.
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Die
bekannten hydraulischen Servolenkungen bauen aufwendig, da der Druckmittel-Förderstrom ihrer zusätzlichen,
zweiten Druckmittel-Fördereinrichtungen über Ventile
und Drucksensorik geregelt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Servolenkung
zu schaffen, deren zweiter Druckmittel-Förderstrom kostengünstig und
einfach darstellbar ist.
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Die
Aufgabe wird mit einer hydraulischen Servolenkung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
Druckmittel-Druck der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung wird direkt
durch die Drehzahl oder das Drehmoment des elektrischen Stellmotors
und ohne sich einer hydraulischen Regelstrecke zu bedienen, gesteuert
indem dem elektrischen Stellmotor ein elektrisch oder elektronisch
direkt geregeltes Stromsignal oder Spannungssignal, das feldorientiert
sein kann, zugeführt
wird und der Druckmittel-Förderstrom
dem in dem Lenk- oder Drehschieberventil angeordneten Lenkmomentstellmotor
zugeführt
wird.
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Bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der hydraulischen Servolenkung ist die einen Druckmittel-Förderstrom
zur Beeinflussung oder Übersteuerung
der Lenktätigkeit
des Fahrers vorgesehene zweite Druckmittel-Fördereinrichtung als Geberzylinder,
bevorzugt als doppelt-wirkender Geberzylinder gebildet. Ein Kolben
in dem hydraulischen Geberzylinder verdrängt dazu in Abhängigkeit
von seiner Verschieberichtung zu beiden Seiten in Arbeitsräumen des
Geberzylinders befindliches Druckmittel. Der Kolben wird bevorzugt
direkt von einer Spindel, die ein Abtriebsglied des elektrischen
Stellmotors bildet, durchragt und bei Rotation der Spindel axial
in deren Längsrichtung
verschoben. Auf diese Weise beeinflusst die Drehzahl und das Drehmoment
des elektrischen Stellmotors direkt den Druckmittel-Druck der solchermaßen gebildeten
zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung.
Das Gewinde der Spindel bildet mit dem Kolben des Geberzylinders
eine nicht selbsthemmende Bewegungsschraube. Es sind Einrichtungen
vorgesehen, mit deren Hilfe die zweite Druckmittel-Fördereinrichtung
zu Kompensationszwecken mit dem Lenkaktuator synchronisiert werden
kann. Der Druck in dem Lenkaktuator und der Verschiebeweg des Lenkaktuators
entspricht dem Verhältnis
der Stirnflächen
des Kolbens in dem Geberzylinder und den Stirnflächen eines Kolbens in dem Lenkmomentstellmotor. Durch
die Spindel, welche den Kolben in dem Geberzylinder dichtend durchragt,
ist das Drehmoment des elektrischen Stellmotors proportional zu
dem erzeugten Druck in dem Geberzylinder. Die Stromaufnahme des
elektrischen Stellmotors ist damit proportional zu dem Druck in
dem Lenkmomentstellmotor.
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Es
kann zweckmäßig sein,
anstelle des Geberzylinders eine zweiseitig fördernde Druckmittel-Pumpe in
der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung
vorzusehen, die von dem elektrischen Stellmotor angetrieben ist. Die
Drehzahl und das Drehmoment des vorzugsweise direkt mit der Druckmittel-Pumpe
getrieblich verbunden elektrischen Stellmotors bestimmt auf diese
Weise die Ansteuerung des Lenkaktuators. Es kann zweckmäßig sein
die Druckmittel-Pumpe als einseitig fördernde Druckmittel-Pumpe zu
bilden und die Förderrichtung
in Arbeitsräume
des Lenkmomentstellmotors durch ein Wegeventil zu bestimmen.
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Das
Drehmoment des elektrischen Stellmotors der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung
ist proportional zu dem Druckmittel-Druck in dem Lenkmomentstellmotor
des Lenkventils.
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Es
kann zweckmäßig sein,
insbesondere um Lufteinschlüsse
aus dem Druckmittel in der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung zu entfernen,
wenn die Arbeitsräume
der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung und
insbesondere die Arbeitsräume
des Lenkmomentstellmotors in dem Lenkventil über Blenden fluidisch mit einem
Druckmittelbehälter
in Verbindung stehen.
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Der
Systemdruck in dem hydraulischen Kreislauf an der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung läßt sich
indirekt durch die elektrische Stromaufnahme des elektrischen Stellmotors
ermitteln, da der Druck in dem betreffenden hydraulischen Kreislauf
proportional zu dem Strom es elektrischen Stellmotors ist. Die erfindungsgemäße hydraulische
Servolenkung eignet sich zur Fahrzeug- und Fahrtparameter-abhängigen Steuerung
der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung
und damit des an dem Lenkaktuator und in den Arbeitsräumen eines
hydraulischen Stellers des Lenkatuators anliegenden Druckes.
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Die
hydraulische Servolenkung kann sowohl als Hilfskraft- als auch als
Fremdkraftlenkung in der Art einer steer-by-wire – Lenkung
ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird nun näher
anhand eines Ausführungsbeispiels
und anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt
einen schematischen Längsschnitt
durch eine hydraulische Servolenkung,
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2 zeigt
einen schematischen Längsschnitt
durch eine weitere hydraulische Servolenkung,
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3 zeigt
ein Ersatzschaltbild einer zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung einer hydraulischen
Servolenkung.
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In 1 ist
ein schematischer Längsschnitt
durch wesentliche Bauteile einer hydraulischen Servolenkung 1,
die als Hilfskraft-Lenkung für
ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, gezeigt. In einem zylinderförmigen Gehäuse 20 eines
als Drehschieberventil ausgebildeten Lenkventils 17 ist
in einer Drehschieberbuchse 21 ein Drehschieber 22 koaxial
angeordnet. Das Lenkventil 17 besitzt einen Druckanschluß 23,
der von einer ersten Druckmittel-Fördereinrichtung 2 mit
Druckmittel aus einem Behälter 24 beaufschlagt
ist. Ferner weist das Lenkventil 17 einen Niederdruckanschluß 25 auf,
der ebenfalls mit dem Behälter 24 fluidisch
verbunden ist. An dem Lenkventil 17 sind diametral zu dem
Niederdruckanschluß 25 und
Druckanschluß 23 zwei
Druckmittelleitungen 26, 27 angeordnet, die fluidisch
mit je einem Arbeitsraum 14, 14' eines hydraulischen Lenkaktuators 3 verbunden
sind. Die Arbeitsräume 14, 14' sind zu beiden
Seiten eines Kolbens des als Servozylinder ausgebildeten hydraulischen
Lenkaktuators 3 angeordnet. Das Lenkventils 17 weist
eine offenen Mitte auf, wobei alle genannten Druckmittelleitungsanschlüsse an dem
Lenkventil 17 miteinander kommunizieren, wenn die Drehschieberbuchse 21 und
der Drehschieber 22 relativ zueinander eine Mittellage
einnehmen. Der Drehschieber 22 ist mit der Drehschieberbuchse 21 durch
einen axial durch diese Bauteile des Lenkventils 17 verlaufenden Drehstab 28 miteinander
und begrenzt zueinander verdrehbar verbunden.
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Ist
die hydraulische Servolenkung 1 als Hilfskraftlenkung ausgebildet,
so ist eine Lenkhandhabe 4 drehfest mit dem Drehschieber 22 verbunden,
womit der Drehschieber 22, der Drehstab 28 und
nachlaufend auch die Drehschieberbuchse 21 in dem Gehäuse 20 verdreht
werden können.
An der Drehschieberbuchse 21 ist- nur teilweise dargestellt – ein Abtriebsglied 29,
wie etwa ein Ritzel festgelegt, das mit einer Zahnstange zur Lenkwinkelverstellung
ein oder mehrerer gelenkter Räder
des Fahrzeugs kämmt,
wie in 1 und 2 dargestellt. Ist die hydraulische
Servolenkung 1 als Fremdkraftlenkung ausgebildet, so wird
der Drehschieber 22 über
einen Elektromotor oder einen hydraulischen Servomotor verdreht
und relativ zu der Drehschieberbuchse 21 verdreht.
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Werden
der Drehschieber 22 relativ zu der Drehschieberbuchse 21 zueinander
in der einen oder anderen Richtung aus ihrer Mittelstellung verdreht,
wird der Druckmittel-Förderstrom
der ersten Druckmittel-Fördereinrichtung 2 durch
das Lenkventil 17 differenziert in die eine oder andere
Druckmittelleitung 26, 27 gelenkt und dadurch
eine in die eine oder andere Richtung gerichtete Stellkraft in den
Arbeitsräumen 14, 14' des Lenkaktuators 3 erzeugt,
wobei dieser additiv zu der Stellkraft auf der Zahnstange zur Lenkwinkelverstellung
der gelenkten Räder
beiträgt.
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Um
unabhängig
von der Sollwerteingabe eines Lenkmoments und/oder Lenkwinkels an
der Lenkhandhabe, die Aktion des Lenkaktuators 3 durch
einen weiteren, bevorzugt Fahrtzeug- und Fahrtabhängigen Parameter,
wie Seitenwind, Fahrzeuggierrate, Fahrzeuggeschwindigkeit, Beladungszustand,
Richtung und Größe der Fahrzeugbeschleunigung
beeinflussen zu können,
ist eine zweite Druckmittel-Fördereinrichtung 5,
die von einem elektrischen Stellmotor 6 angetrieben wird,
vorgesehen.
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In
den in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispielen
wird der Druckmittel-Förderstrom der
zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung 5 indirekt
auf den Druckmittel-Förderstrom
der ersten Druckmittel-Fördereinrichtung 2 überlagert,
indem dieser einem Lenkmomentstellmotor 16 in dem Lenkventil 17 zugeführt wird.
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Um
erfindungsgemäß auf einfach
Weise einen in Richtung und Druck gesteuerten Druckmittel-Förderstrom
der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung 5 zu
erzeugen, ist in dem Ausführungsbeispiel
in 1 ein direkter Antrieb eines Geberzylinders 7 durch
den elektrischen Stellmotor 6 vorgesehen, sodaß in Abhängigkeit
von der Drehrichtung und der Anzahl der Umdrehungen eines Rotors 30 des
elektrischen Stellmotors 6 ein Kolben 9 mit einer
drehfest mit dem Rotor 30 verbundenen Spindel 8 angetrieben
wird. Der Rotor 30 und ein Stator 31 des elektrischen
Stellmotors 6 sind in dem Ausführungsbeispiel in 1 koaxial
zu der Längsachse 32 des
Geberzylinders 7 angeordnet. Es kann auch eine andere Anordnung
etwa mit zwischen der Spindel 8 und dem elektrischen Stellmotor 6 angeordneten
Getriebe vorgesehen werden. Die Spindel 8 weist ein nicht selbsthemmendes
Gewinde 10 auf, sodaß der
Geberzylinder 7 und der elektrische Stellmotor 6 von
dem Lenkmomentstellmotor 16 übersteuerbar bleibt und auch
synchronisierbar mit dem Lenkventil 17 und dem Lenkaktuator 3 ist.
Ein Wegeventil 33 vermag den Geberzylinder 7 und
den zweiten Druckmittel-Förderstrom
fluidisch von den übrigen
Komponenten der hydraulischen Servolenkung 1 zu trennen.
In der Stellung des Wegeventils 33 wie in 1 entspricht
der Druck in den Arbeitsräumen 15, 15' des Lenkmomentstellmotors 16 dem
Verhältnis
der Flächen
zwischen den Kolben 9 und 34 des Geberzylinders 7 und
des Lenkmomentstellmotors 16. Das Drehmoment des elektrischen
Stellmotors 6 ist proportional zu dem Druck in den Arbeitsräumen 14, 14' des Geberzylinders 7.
Wird der eine oder andere Arbeitsraum 15, 15' des hydraulischen
Lenkmomentstellmotors 16 in dem Lenkventil 17 mit
Druckmittel beaufschlagt – in
Abhängigkeit
von der Richtung und der Länge des
Verschiebeweges des Kolbens 9 in dem Geberzylinder 7 – wird an
den Anschlüssen
der Druckmittelleitungen 26, 27 des Lenkaktuators 3 an
dem Lenkventil 17 eine mehr oder weniger große Druckdifferenz
eingestellt und der Lenkaktuator 3 führt einen Stellhub unabhängig von
der Sollwerteingabe an der Lenkhandhabe 4 aus. Dies kann
durch ein Stellsignal einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
der hydraulischen Servolenkung 1 erfolgen, das eine Änderung
der zugeführten
Leistung etwa durch Änderung
des Stromes oder der Spannung oder der Frequenz des Stromes, feldorientiert,
bewirkt.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer hydraulischen Servolenkung 1 gezeigt, mit dem Unterschied
zu der Servolenkung in 1, dass die zweite Druckmittel-Fördereinrichtung 5 von
einer zweiseitig fördernden
Druckmittel-Pumpe 11 gebildet ist, deren Druck und Förderrichtung
direkt proportional zu der Drehzahl und der Drehrichtung des sie
antreibenden elektrischen Stellmotors 6 ist. Für gleiche
Bauteile gelten dieselben Bezugszeichen wie in 1.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung 5 gezeigt,
die eine einseitig fördernde
Druckmittel-Pumpe 12 aufweist, die von dem elektrischen
Stellmotor 6 angetrieben wird. Der Druckmittel-Förderstrom
der Druckmittel-Pumpe 12 wird von einem 3/2 Wegeventil 13 das
von der Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung des Fahrzeugs angesteuert ist, wahlweise den
Arbeitsräumen 15, 15' des Lenkmomentstellmotors 16 zugemessen.
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In 2 sind
die Verdrängungsräume der
jeweiligen zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung 5 über Blenden 18, 18' mit einem Druckmittelbehälter 19 fluidisch
verbunden, wodurch ein offener Druckmittel-Kreislauf gebildet ist,
der den Abtransport von Gaseinschlüssen in dem Druckmittel ermöglicht.
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Der
Druck des Druckmittels der zweiten Druckmittel-Fördereinrichtung 5 läßt sich
indirekt durch die Stromaufnahme des elektrischen Stellmotors 6 ermitteln.
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BEZUGSZEICHENLISTE
EM Nr. 043 e
