DE102005030259A1 - Electrohydraulic by-wire steering system for vehicle, has hydraulic pump motor supplied with hydraulic medium in normal operation of hydraulic pump by hydraulic control block in sense of generation of specific hand moment at steering handle - Google Patents

Electrohydraulic by-wire steering system for vehicle, has hydraulic pump motor supplied with hydraulic medium in normal operation of hydraulic pump by hydraulic control block in sense of generation of specific hand moment at steering handle Download PDF

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Abstract

The system has a hydraulic pump motor (2) mechanically coupled with a steering handle (1) of a driver and producing hydraulic pressure for admission of hydraulic servo cylinders (9a, 9b) in an emergency operation. The motor is supplied with a hydraulic medium in a normal operation of a hydraulic pump (11) by a controlled hydraulic control block (10) in the sense of a generation of specific hand moment at the steering handle.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit hydraulischer Rückfallebene, bei dem im Normalbetrieb zumindest ein hydraulischer Stellzylinder zur Positionierung eines lenkbaren Rades oder mehrerer lenkbarer Räder mit von einer Hydraulikpumpe gefördertem Hydraulikmedium über eine von einer elektronischen Steuereinheit unter Berücksichtigung des Fahrer-Lenkwunsches geeignet angesteuerte Ventileinheit beaufschlagt wird, während im Notbetrieb ein mit der Lenkhandhabe des Fahrers mechanisch gekoppelter hydraulischer Pumpmotor den Hydraulikdruck zur Beaufschlagung des oder der gleichen hydraulischen Stellzylinder(s) dem Lenkwunsch des Fahrers entsprechend erzeugt. Zum bekannten Stand der Technik wird insbesondere auf die DE 195 46 942 A1 verwiesen, daneben auf DE 100 60 374 A1 und auf DE 198 01 393 C1 .The invention relates to an electrohydraulic steering system of a motor vehicle with hydraulic fallback, in which at least one hydraulic actuating cylinder for positioning a steerable wheel or more steerable wheels with hydraulic fluid pumped by a hydraulic pump via a suitably controlled by an electronic control unit taking into account the driver's steering request valve unit is acted upon, while in emergency operation, a mechanically coupled to the steering handle of the driver hydraulic pump motor generates the hydraulic pressure for acting on the same or the same hydraulic actuating cylinder (s) according to the steering request of the driver. The prior art is particularly to the DE 195 46 942 A1 directed, next to DE 100 60 374 A1 and up DE 198 01 393 C1 ,

Wie u.a. in der erstgenannten DE 195 46 942 A1 ausführlich beschrieben ist, lässt sich mit einem elektrohydraulischen Lenksystem ein sog. „steer-by-wire"-Konzept realisieren, mit welchem bekanntlich Lenkwinkel auch teilweise unabhängig von einer Vorgabe des Fahrers an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs eingestellt werden können. Da bei einem solchen elektrohydraulischen Lenksystem keine direkte mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad (allgemein „Lenkhandhabe") des Fahrers und dem (oder den ggf. radindividuellen) Stellzylinder(n), der das oder die lenkbaren Räder des Fahrzeugs positioniert bzw. lenkt, vorliegt, besteht jedoch bei Systemausfall ein hohes Sicherheitsrisiko, weswegen für einen sog. Notbetrieb (bei Ausfall des elektrohydraulischen Lenksystems) eine sog. hydraulische Rückfallebene vorgesehen sein kann. Diese zeichnet sich im bekannten Stand der Technik und nach der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass das Lenkrad des Fahrers mechanisch mit einem hydraulischen Pumpmotor oder dgl. verbunden ist, der auf einen Lenkwunsch des Fahrers hin Hydraulikmedium zu fördern in der Lage ist, wobei dieses Hydraulikmedium im Notbetrieb den (oder die) hydraulischen Stellzylinder entsprechend beaufschlagt, so dass die lenkbaren Räder dann initiiert durch diesen Pumpmotor (oder dgl.) eingeschlagen, d.h. gelenkt werden.As in the former DE 195 46 942 A1 is described in detail, can be realized with an electro-hydraulic steering system, a so-called. "steer-by-wire" concept, with which known steering angle can also be partially adjusted independently of a specification of the driver on the steerable wheels of the vehicle electrohydraulic steering system is not a direct mechanical coupling between the steering wheel (generally "steering handle") of the driver and the (or possibly wheel-individual) actuating cylinder (s) that positions or steers the steerable wheels or the vehicle, there is a system failure a high safety risk, which is why for a so-called. Emergency operation (in case of failure of the electro-hydraulic steering system), a so-called. Hydraulic fallback level can be provided. This is characterized in the known state of the art and according to the present invention in that the steering wheel of the driver is mechanically connected to a hydraulic pump motor or the like., Which is able to promote a steering request of the driver's hydraulic medium in a position, this hydraulic medium in emergency operation, the (or the) hydraulic actuating cylinder acted upon accordingly, so that the steerable wheels then initiated by this pump motor (or the like.) Struck, ie be steered.

Ein im Grundprinzip ähnliches, jedoch hinsichtlich des Aufbaus komplizierteres System zeigt die DE 198 01 393 C1 , nach welcher für die beiden lenkbaren Fzg.-Räder zusammenwirkend zwei hydraulische Stellzylinder vorgesehen sind, von denen der erste der elektrohydraulischen Lenkung zugeordnet ist, während der andere von einer mit dem Lenkrad mechanisch verbundenen hydrostatischen Pumpe, die dem o.g. Pumpmotor entspricht, beaufschlagt wird. Bei diesem bekannten Stand der Technik ist mit dem Lenkrad ferner noch ein Elektromotor antriebsmäßig verbunden, mit welchem im Normalbetrieb des Systems die für den Fahrer am Lenkrad spürbare Handkraft eingestellt werden kann.A similar in the basic principle, but in terms of structure more complicated system shows the DE 198 01 393 C1 according to which for the two steerable Fzg. wheels cooperatively two hydraulic actuating cylinders are provided, of which the first of the electro-hydraulic steering is assigned, while the other is acted upon by a mechanically connected to the steering wheel hydrostatic pump which corresponds to the above pump motor. In this known prior art, an electric motor is further drivingly connected to the steering wheel, with which in normal operation of the system, the noticeable for the driver on the steering wheel manual force can be adjusted.

Schließlich sei noch auf die DE 100 60 374 A1 verwiesen, die ebenfalls ein steer-by-wire-System offenbart, dabei jedoch kein elektrohydraulisches Lenksystem zeigt, sondern ein solches mit einem elektrischen Stellmotor zum Positionieren bzw. Verschwenken oder Lenken der lenkbaren Fahrzeug-Räder. Auch bei diesem System ist ein Pumpmotor mit dem Lenkrad mechanisch verbunden, der zusammen mit einem neben dem elektrischen Stellmotor auf die lenkbaren Fzg.-Räder einwirkenden hydraulischen Stellzylinder eine hydraulische Rückfallebene bildet. Dieser Pumpmotor kann im Normalbetrieb des Lenksystems als sog. Lenkradaktuator wirken, mit dem am Lenkrad ein gezieltes Handmoment (im Sinne einer Rückmeldung von der Fahrbahn an den Fahrer) angelegt werden kann.Finally, be on the DE 100 60 374 A1 See, which also discloses a steer-by-wire system, but shows no electro-hydraulic steering system, but such with an electric servomotor for positioning or pivoting or steering the steerable vehicle wheels. Also in this system, a pump motor with the steering wheel is mechanically connected, which forms a hydraulic fallback together with an acting next to the electric servomotor on the steerable Fzg. Wheels hydraulic actuating cylinder. This pump motor can act as a so-called. Lenkradaktuator in normal operation of the steering system, with the steering wheel a targeted hand torque (in the sense of feedback from the road to the driver) can be created.

Für ein elektrohydraulisches Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 soll nun eine weitere Verbesserung aufgezeigt werden. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpmotor im Normalbetrieb von einer Hydraulikpumpe über einen geeignet angesteuerten hydraulischen Steuerblock im Sinne einer Erzeugung eines gezielten Handmoments an der Lenkhandhabe mit Hydraulikmedium beaufschlagt wird.For an electrohydraulic Steering system according to the preamble of claim 1 is now another Improvement are shown. The solution to this problem is thereby characterized in that the pump motor in normal operation of a hydraulic pump via a suitably controlled hydraulic control block in the sense of a Generation of a targeted manual torque on the steering handle with hydraulic medium is charged.

Zur Erläuterung wird auf die beiden beigefügten Prinzipskizzen verwiesen, wobei 1 den Normalbetrieb zeigt, bei welchem die elektrohydraulische Lenkung wirksam ist, während in 2 der Notbetrieb dargestellt ist, in welchem die hydraulische Rückfallebene wirksam ist.For explanation, reference is made to the two attached schematic diagrams, wherein 1 shows the normal operation, in which the electro-hydraulic steering is effective while in 2 the emergency operation is shown, in which the hydraulic fallback level is effective.

Mit der Bezugsziffer 1 ist das Lenkrad oder die Lenkhandhabe des Fahrers in einem Kraftfahrzeug bezeichnet, das eine kurze Lenkspindel 1a besitzt, an deren freien Ende ein hydraulischer Pumpmotor 2 angeflanscht ist, so dass mit dem Lenkrad 1 der hydraulische Pumpmotor 2 in der einen oder der anderen Richtung betrieben werden kann. Ferner ist an der Lenkspindel 1a ein Drehwinkelsensor 3 und/oder Drehmomentsensor (ebenfalls Bezugsziffer 3) vorgesehen, anhand dessen Signalen in einer elektronischen Steuereinheit 4 ein vom Fahrer mittels des Lenkrads 1 vorgegebener Lenkwunsch registriert wird. In dieser Steuereinheit 4 werden weitere Eingangsgrößen verarbeitet, so bspw. die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder dessen Querbeschleunigung, Gierrate oder dgl. und ggf. andere. Über elektronische Steuerleitungen, die gestrichelt dargestellt sind, werden dann von dieser Steuereinheit 4 Elektromotoren 5a, 5b, die jeweils eine Hydraulikpumpe 6a, 6b antreiben, ebenso geeignet angesteuert, wie den (hier) beiden lenkbaren Fahrzeug-Rädern 7a, 7b zugeordnete ansteuerbare hydraulische Ventileinheiten 8a, 8b, die auch als hydraulische Steuerblöcke 8a, 8b bezeichnet werden (können).With the reference number 1 is the steering wheel or the steering handle of the driver referred to in a motor vehicle, which is a short steering shaft 1a has, at the free end of a hydraulic pump motor 2 flanged, so with the steering wheel 1 the hydraulic pump motor 2 can be operated in one direction or the other. Further, on the steering shaft 1a a rotation angle sensor 3 and / or torque sensor (also reference numeral 3 ) is provided, based on which signals in an electronic control unit 4 one from the driver by means of the steering wheel 1 predetermined steering request is registered. In this control unit 4 be further input variables processed, so for example, the driving speed of the vehicle and / or its transverse acceleration, yaw rate or the like and possibly others. About electronic control lines, which are shown in dashed lines, are then from this control unit 4 electric motors 5a . 5b , each one a hydraulic pump 6a . 6b drive, driven as suitable as the (here) two steerable vehicle wheels 7a . 7b associated controllable hydraulic valve units 8a . 8b , also called hydraulic control blocks 8a . 8b can be designated.

Wie ersichtlich ist jedem lenkbaren Fahrzeug-Rad 7a bzw. 7b ein hydraulischer Stellzylinder 9a bzw. 9b zugeordnet, mit Hilfe dessen bei geeigneter hydraulischer Beaufschlagung das jeweilige Fzg.-Rad 7a, 7b wie gewünscht (bzw. wie von der Steuereinheit 4 vorgegeben) gelenkt, d.h. eingeschlagen oder verschwenkt, allgemein positioniert werden kann. Hierzu ist jeder Stellzylinder 9a bzw. 9b über in durchgehenden Linien dargestellte Hydraulikleitungen im üblichen Betriebszustand (= Normalbetrieb gemäß 1) durch den jeweiligen Steuerblock 8a bzw. 8b (= Ventileinheit 8a bzw. 8b) hindurch mit der dem jeweiligen Rad 7a bzw. 7b zugeordneten Hydraulikpumpe 6a bzw. 6b verbunden.As can be seen, each steerable vehicle wheel 7a respectively. 7b a hydraulic actuating cylinder 9a respectively. 9b assigned, with the help of which, with appropriate hydraulic loading the respective Fzg.-wheel 7a . 7b as desired (or as from the control unit 4 predetermined), ie hammered or pivoted, can be generally positioned. For this purpose, each actuator cylinder 9a respectively. 9b via hydraulic lines shown in solid lines in the normal operating state (= normal operation according to 1 ) through the respective control block 8a respectively. 8b (= Valve unit 8a respectively. 8b ) through with the respective wheel 7a respectively. 7b associated hydraulic pump 6a respectively. 6b connected.

Mit einem soweit beschriebenen Lenksystem erhält der Fahrer an seinem Lenkrad 1 jedoch keine Rückmeldung von der Fahrbahn, d.h. über den Widerstand, der einem Verschwenken der lenkbaren Räder 7a, 7b entgegengesetzt wird. Diese Rückmeldung ist jedoch erwünscht und kann auch „künstlich" erzeugt werden, wozu der hydraulische Pumpmotor 2 als Aktuator wirkend geeignet mit Hydraulikmedium beaufschlagt wird. Hierfür ist im Normalbetrieb (gemäß 1) der Pumpmotor 2 über einen hydraulischen Steuerblock 10, der ebenfalls als ansteuerbare Ventileinheit bezeichnet werden kann, mit einer Hydraulikpumpe 11 verbunden, die von einem Elektromotor 12 angetrieben wird. Sowohl der Elektromotor 12 als auch der hydraulische Steuerblock 10 werden von der elektronischen Steuereinheit 4 geeignet angesteuert, derart, dass sich am Lenkrad 1 ein jeweils gewünschtes (und in der elektronischen Steuereinheit 4 geeignet ermitteltes) sog. Handmoment als „Rückmeldung" von der Fahrbahn einstellt.With a steering system described so far, the driver receives on his steering wheel 1 However, no feedback from the road, ie on the resistance, the pivoting of the steerable wheels 7a . 7b is opposed. However, this feedback is desirable and can also be generated "artificially", including the hydraulic pump motor 2 acting as an actuator suitable with hydraulic medium is applied. For this purpose, in normal operation (according to 1 ) the pump motor 2 via a hydraulic control block 10 , which can also be referred to as a controllable valve unit, with a hydraulic pump 11 connected by an electric motor 12 is driven. Both the electric motor 12 as well as the hydraulic control block 10 be from the electronic control unit 4 suitably controlled, so that on the steering wheel 1 a respectively desired (and in the electronic control unit 4 suitably determined) so-called. Hand torque sets as "feedback" from the road.

In 2 ist der sog. Notbetrieb dargestellt, in welchem die hydraulische Rückfallebene wirksam ist, wenn ein Fehler im soweit beschriebenen Lenksystem auftritt, der ein gezieltes und korrektes Lenken der Räder 7a, 7b im bislang geschilderten Normalbetrieb (gemäß 1) unmöglich macht. In diesem Notbetrieb (gemäß 2) kann der mit dem Lenkrad 1 mechanisch gekoppelte Pumpmotor 2 den Hydraulikdruck zur Beaufschlagung der den lenkbaren Rädern 7a, 7b zugeordneten Stellzylinder 9a, 9b entsprechend einem Lenkwunsch des Fahrers, den dieser durch Verdrehen des Lenkrads 1 vorgibt, bereitstellen. Hierfür sind dann in den hydraulischen Steuerblöcken 10 sowie 8a und 8b andere hydraulische Verbindungen geschaltet, so dass – wie vereinfacht dargestellt ist – durch Reihenschaltung der beiden Stellzylinder 9a, 9b einem Verdrehen des Lenkrads 1 in die eine oder andere Richtung die lenkbaren Räder 7a, 7b entsprechend in die eine oder in die andere Richtung eingeschlagen werden. Vorzugsweise sind dabei die nicht dargestellten elektrisch entsprechend einer Ansteuerung durch die Steuereinheit 4 betätigten Hydraulik-Ventile in den hydraulischen Steuerblöcken 8a, 8b, 10, mit Hilfe derer eine Umschaltung der Hydraulik-Verbindungen zwischen dem Normalbetrieb-Zustand und dem Notbetrieb-Zustand erfolgen kann, derart angeordnet und geschaltet, dass diese im stromlosen Zustand eine Hydraulik-Verschaltung entsprechend dem Notbetrieb (2) herstellen.In 2 is the so-called. Emergency operation shown, in which the hydraulic fallback level is effective when a fault occurs in the steering system described so far, the targeted and correct steering of the wheels 7a . 7b in hitherto described normal operation (according to 1 ) impossible. In this emergency operation (according to 2 ) can with the steering wheel 1 mechanically coupled pump motor 2 the hydraulic pressure to act on the steerable wheels 7a . 7b associated actuating cylinder 9a . 9b according to a steering request of the driver, this by turning the steering wheel 1 pretending to provide. This is then in the hydraulic control blocks 10 such as 8a and 8b connected other hydraulic connections, so that - as shown in simplified form - by series connection of the two actuating cylinders 9a . 9b a twisting of the steering wheel 1 in one way or another the steerable wheels 7a . 7b be taken in one direction or the other. Preferably, the not shown are electrically corresponding to a control by the control unit 4 operated hydraulic valves in the hydraulic control blocks 8a . 8b . 10 , by means of which a changeover of the hydraulic connections between the normal operating state and the emergency operating state can take place, arranged and switched such that these in the currentless state, a hydraulic circuit according to the emergency operation ( 2 ) produce.

Mit einem entsprechend gestalteten elektrohydraulischen Lenksystem ist somit mit geringem Aufwand ein äußerst zuverlässiges und dabei einfach und kostengünstig aufgebautes „steer-by-wire"-Konzept realisiert, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Ausführungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt des Patentanspruchs zu verlassen. So kann insbesondere auch nur ein einziger hydraulischer Stellzylinder zur Positionierung der beiden lenkbaren Fzg.-Räder 7a, 7b vorgesehen sein, oder es können im Falle einer Einzelrad-Lenkung wie in den beiden Figuren dargestellt abweichend von dieser Darstellung auch geeignete Maßnahmen zur Einhaltung der Ackermann-Beziehung vorgesehen sein, was bei der vorliegenden Darstellung im Notbetrieb nicht gewährleistet ist.With a correspondingly designed electrohydraulic steering system, an extremely reliable and thereby simple and cost-effective "steer-by-wire" concept is thus realized with little effort, wherein it should also be pointed out that quite a variety of details can be deviating from the above explanations Without departing from the content of the claim, in particular, only a single hydraulic actuating cylinder for positioning the two steerable Fzg. wheels 7a . 7b be provided, or it may be provided in the case of a single-wheel steering as shown in the two figures deviating from this representation, also suitable measures to comply with the Ackermann relationship, which is not guaranteed in the present presentation in emergency operation.

Claims (1)

Elektrohydraulisches Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit hydraulischer Rückfallebene, bei dem im Normalbetrieb zumindest ein hydraulischer Stellzylinder (9a, 9b) zur Positionierung eines lenkbaren Rades oder mehrerer lenkbarer Räder (7a, 7b) mit von einer Hydraulikpumpe (6a, 6b) gefördertem Hydraulikmedium über eine von einer elektronischen Steuereinheit (4) unter Berücksichtigung des Fahrer-Lenkwunsches geeignet angesteuerte Ventileinheit (8a, 8b) beaufschlagt wird, während im Notbetrieb ein mit der Lenkhandhabe (1) des Fahrers mechanisch gekoppelter hydraulischer Pumpmotor (2) den Hydraulikdruck zur Beaufschlagung des oder der gleichen hydraulischen Stellzylinder(s) (9a, 9b) dem Lenkwunsch des Fahrers entsprechend erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpmotor (2) im Normalbetrieb von einer Hydraulikpumpe (11) über einen geeignet angesteuerten hydraulischen Steuerblock (10) im Sinne einer Erzeugung eines gezielten Handmoments an der Lenkhandhabe (1) mit Hydraulikmedium beaufschlagt wird.Electrohydraulic steering system of a motor vehicle with hydraulic fallback level, in which at least one hydraulic actuating cylinder ( 9a . 9b ) for positioning a steerable wheel or several steerable wheels ( 7a . 7b ) with a hydraulic pump ( 6a . 6b ) conveyed hydraulic medium via one of an electronic control unit ( 4 ) taking into account the driver steering request suitably controlled valve unit ( 8a . 8b ), while in emergency operation with the steering handle ( 1 ) of the driver mechanically coupled hydraulic pump motor ( 2 ) the hydraulic pressure for acting on the same or the same hydraulic actuating cylinder (s) ( 9a . 9b ) according to the steering request of the driver, characterized in that the pump motor ( 2 ) in normal operation by a hydraulic pump ( 11 ) via a suitably controlled hydraulic control block ( 10 ) in the sense of generating a targeted manual torque on the steering handle ( 1 ) is charged with hydraulic medium.
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