Die
Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem zur Versorgung eines Aktuators
in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Versorgung eines Servo-Lenkzylinders oder
eines die Vertikaldynamik beeinflussenden Hydromotors im Fahrwerk
des Fahrzeugs, mit einer vom Fahrzeug-Antriebsaggregat mechanisch
angetriebenen Haupt-Hydraulikpumpe sowie mit einer bedarfsweise
und dabei insbesondere elektromotorisch angetriebenen Zusatzpumpe,
sowie mit einem Hydraulikreservoir zur Versorgung der Haupt-Hydraulikpumpe oder
der Haupt-Hydraulikpumpe und der Zusatzpumpe. Zum technischen Umfeld
wird beispielshalber auf die DE 196 38 420 A1 verwiesen.The invention relates to a hydraulic system for supplying an actuator in a motor vehicle, in particular for supplying a servo steering cylinder or a hydraulic motor influencing the vertical dynamics in the chassis of the vehicle, with a main hydraulic pump mechanically driven by the vehicle drive unit as well as, if necessary, and in particular an electric motor driven auxiliary pump, as well as with a hydraulic reservoir for supplying the main hydraulic pump or the main hydraulic pump and the auxiliary pump. The technical environment is for example on the DE 196 38 420 A1 directed.
Wenngleich
dieser genannte Stand der Technik ein Hydraulik-Lenksystem betrifft
und wenngleich sowohl das mit der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem
als auch das Wesen der vorliegenden Erfindung anhand eines hydraulischen
Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs erläutert wird, so sei an dieser
Stelle ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass das der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegende Prinzip in gleicher Weise mit den gleichen Vorteilen für beliebige
hydraulische Aktuatoren (d.h. Stellmotoren oder dgl. bzw. allgemein
Stellglieder), insbesondere in Kraftfahrzeugen, anwendbar ist. Ein
neben dem Fzg.-Lenksystem besonders bevorzugter Anwendungsfall sind
Hydromotoren im Fahrwerk des Fahrzeugs, beispielsweise zum Tordieren
eines geteilten Querstabilisators.Although
this mentioned prior art relates to a hydraulic steering system
and although both the problem to be solved with the present invention
as well as the essence of the present invention by means of a hydraulic
Servolenksystems a motor vehicle is explained, so be on this
Ask explicitly
pointed out that the basis of the present invention
lying principle in the same way with the same benefits for any
Hydraulic actuators (i.e., servomotors or the like
Actuators), in particular in motor vehicles, is applicable. One
in addition to the Fzg.-steering system are particularly preferred application
Hydromotors in the chassis of the vehicle, for example, for twisting
a split stabilizer.
Gebräuchliche
hydraulische Fahrzeug-Servolenkungen arbeiten nach dem sog. Open-Center-Prinzip
und können
bspw. bzw. grundsätzlich
wie in der beigefügten 9 dargestellt
aufgebaut sein.Common hydraulic vehicle power steering systems work according to the so-called open-center principle and can, for example, or in principle, as in the attached 9 be constructed shown.
Dabei
ist mit der Bezugsziffer 1 ein vom Fahrer eines zweispurigen
Kraftfahrzeugs zu betätigendes
Lenkrad bezeichnet, mit dem über
eine sich an das Lenkrad 1 anschließende Lenksäule 2, die eine Drehbewegung
des Lenkrads 1 über
ein Ritzel 3a eines Lenkgetriebes 3 auf die Zahnstange 3b die
Lenkgetriebes 3 überträgt, an den
nicht dargestellten lenkbaren Rädern
des Kraftfahrzeugs ausgelöst über die Querverschiebung
der Zahnstange 3b sowie sich seitlich daran anschließende ebenfalls
nicht dargestellte Spurhebel ein gewünschter Lenkwinkel eingestellt
werden kann, d.h. diese Räder
werden entsprechend verschwenkt bzw. eingeschlagen. Im Lenkgetriebe 3 ist
ein hydraulischer Servo-Lenkzylinder 3c integriert, in
dessen beide Arbeitskammern zueinander komplementär Hydraulikmedium
eingeleitet bzw. aus diesen abgeleitet werden kann, und zwar über ein
Lenkventil 4.It is with the reference number 1 a steering wheel to be actuated by the driver of a two-lane motor vehicle, with which one is connected to the steering wheel 1 adjoining steering column 2 that is a rotary motion of the steering wheel 1 over a pinion 3a a steering gear 3 on the rack 3b the steering gear 3 transmits, triggered at the steerable wheels of the motor vehicle, not shown, via the transverse displacement of the rack 3b as well as laterally adjoining also not shown track lever a desired steering angle can be adjusted, ie these wheels are pivoted or hammered accordingly. In the steering gear 3 is a hydraulic servo steering cylinder 3c integrated, in which both working chambers complementary hydraulic fluid introduced or can be derived from these, via a steering valve 4 ,
Das
Hydraulikmedium wird von einer vom Fzg.-Antriebsaggregat 5 angetriebenen
Hydraulikpumpe 6 bereitgestellt, deren Saugseite über eine Saugleitung 16 mit
einem Hydraulikreservoir 7 verbunden ist, während deren
Druckseite über
ein Förderleitung 18,
in der Rückschlagventil 8 sowie
ein Dehnschlauch 9 vorgesehen ist, mit dem Lenkventil 4 verbunden
ist. Dieses Lenkventil 4 ist in seiner Neutralstellung
dargestellt, in der das von der Hydraulikpumpe 6 geförderte Hydraulikmedium über eine Rückführleitung 17 in
das Hydraulikreservoir 7 zurück gefördert wird, weshalb dieses
Lenk-System nach
dem „Open-Center-Prinzip" arbeitet. Der Vorteil dieses
Prinzips liegt bekanntlich im sehr guten Ansprechverhalten.The hydraulic medium is from one of the Fzg. Drive unit 5 driven hydraulic pump 6 provided, the suction side via a suction line 16 with a hydraulic reservoir 7 is connected during its pressure side via a delivery line 18 , in the check valve 8th and a stretch hose 9 is provided with the steering valve 4 connected is. This steering valve 4 is shown in its neutral position, in that of the hydraulic pump 6 conveyed hydraulic medium via a return line 17 in the hydraulic reservoir 7 Therefore, this steering system works according to the "open-center principle." The advantage of this principle is known to be in the very good response.
Bei
der Auslegung des Hydrauliksystems und insbesondere der darin vorgesehenen
Hydraulikpumpe (6) sind Fördervolumen-Anforderungen und Druck-Anforderungen
gleichermaßen
zu berücksichtigen.
Die Volumen- Anforderung
richtet sich (im Falle einer Zahnstangen-Hydrolenkung) nach der
erforderlichen Zahnstangen-Geschwindigkeit (= Verstellgeschwindigkeit
der Zahnstange 3b) und bestimmt die Fördermenge der Hydraulikpumpe 6.
Der geforderte hydraulische Maximaldruck wird durch die geforderte Zahnstangen-Kraft
insbesondere beim Parkieren des Kraftfahrzeugs bestimmt. Je höher aber
die Anforderungen sind, desto leistungsfähiger muss die Hydraulikpumpe
somit das gesamte Hydrauliksystem ausgelegt werden. Dabei steigt
nachteiligerweise mit zunehmendem Fördervolumen die zu erbringende Blindleistung überproportional
an. Seitens der Hersteller von Kraftfahrzeugen sowie von Lenksystemen für diese
gibt es daher zahlreiche Versuche, diese Blindleistung zu reduzieren,
ohne die maximal mögliche
Leistungsabgabe zu beeinträchtigen.
Als exemplarisches Beispiel für
ein bereits in Serie befindliches Konzept sei die sog. „Varioserv-Pumpe" erwähnt. Bei dieser
Hydraulikpumpe kann mittels eines aufwändigen Verstellmechanismus
das Fördervolumen
geregelt werden. Dieses passt sich entweder automatisch oder elektronisch
geregelt dem jeweiligen Bedarf an. Dadurch sind Energieeinsparungen
von bis zu 30% erzielbar. Nachteilig sind insbesondere der hohe
Fertigungsaufwand und die damit verbundenen höheren Kosten sowie die beschränkte Leistungsfähigkeit. Diese
bekannte Pumpe ist bspw. nicht für
große, schwere
Fahrzeugmodelle und insbesondere nicht für solche mit einem mechanischen Überlagerungs-Lenksystem
geeignet.In the design of the hydraulic system and in particular the hydraulic pump provided therein ( 6 ) flow volume requirements and pressure requirements must be considered equally. The volume requirement depends (in the case of a rack-and-pinion power steering) on the required rack speed (= rack speed 3b ) and determines the delivery rate of the hydraulic pump 6 , The required maximum hydraulic pressure is determined by the required rack-and-pinion force, in particular when parking the motor vehicle. However, the higher the requirements, the more efficient the hydraulic pump must be designed for the entire hydraulic system. It disadvantageously increases disproportionately with increasing delivery volume, the reactive power to be provided. On the part of the manufacturers of motor vehicles and of steering systems for these there are therefore numerous attempts to reduce this reactive power, without affecting the maximum possible power output. A typical example of a concept already in series is the so-called "Varioserv pump." This hydraulic pump can be adjusted by means of an elaborate adjustment mechanism, which adapts either automatically or electronically to the respective demand The disadvantage here is, in particular, the high manufacturing outlay and the associated higher costs and the limited performance capability This known pump is, for example, not suitable for large, heavy vehicle models and in particular not for those with a mechanical overlay steering system.
Ferner
sind sog. „Add-On"-Systeme möglich, bei
denen das konventionelle hydraulische Lenksystem durch eine elektrohydraulische
Pumpe ergänzt wird,
so wie dies in der eingangs genannten Schrift gezeigt ist. Eine
typische Auslegung eines derartigen Systems könnte so aussehen, dass die
sog. Haupt-Hydraulikpumpe die Hälfte
des Volumenbedarfs abdeckt und eine quasi parallel geschaltete Zusatzpumpe
die restlichen 50% bei Bedarf ergänzt. Bei einer mechanischen
Gesamtleistung von bspw. 1,6 kW beträgt dann die Maximalleistung
der Haupt-Hydraulikpumpe ebenso wie die hydraulische Maximalleistung
der elektromotorisch angetriebenen Zusatz pumpe 0,8 kW. Bei einem
typischen elektrisch-hydraulischen Wirkungsgrad von ca. 60% muss
demzufolge eine elektrische Leistung von ca. 1,35 kW zum Antrieb
der Zusatzpumpe installiert werden. Elektrische Leistungen in dieser
Größenordnung
sind in einem üblichen
12 Volt-Bordnetz gängiger
Kraftfahrzeuge ohne besondere Maßnahmen nicht verfügbar, insbesondere
deshalb, weil ein Lenkvorgang nicht vorhersehbar ist und nicht ausreichend Zeit
zur Verfügung
steht, um das elektrische Bordnetz mit den vorhandenen Mitteln zu
stabilisieren.Furthermore, so-called "add-on" systems are possible, in which the conventional hydraulic steering system is supplemented by an electrohydraulic pump, as shown in the document mentioned in the introduction The main hydraulic pump covers half of the volume requirement and a quasi-parallel auxiliary pump replenishes the remaining 50% if necessary, for a total mechanical power of 1.6 kW, for example, the maximum output is the Main hydraulic pump as well as the maximum hydraulic power of the electric motor driven auxiliary pump 0.8 kW. With a typical electrical-hydraulic efficiency of approx. 60%, an electric power of approx. 1.35 kW must therefore be installed to drive the auxiliary pump. Electrical services of this magnitude are not available in a conventional 12 volt electrical system common vehicles without special measures, especially because a steering operation is not predictable and not enough time is available to stabilize the electrical system with the existing means.
Da
(im vorletzten Absatz genannte) Regelpumpen-Konzepte (wie die genannte „Varioserv-Pumpe") aufwändig, kostenintensiv,
schwierig abzustimmen und nicht generell einsetzbar sind und darüber hinaus
häufig
negative Nebeneffekte (z.B. Geräusche)
aufweisen, und da sog. „Add-On-Systeme" auf elektrischer
Basis (gemäß vorangegangenem
Absatz) schwer und teuer sind und insbesondere das gebräuchliche
elektrische Bordnetz übermäßig bzw.
derzeit unbeherrschbar belasten, soll hiermit ein demgegenüber verbessertes
Hydrauliksystem (bspw. für
ein Fzg.-Lenksystem, ausdrücklich
jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt) nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).There
(referred to in the penultimate paragraph) control pump concepts (such as the "Varioserv pump") consuming, costly,
difficult to tune and are not generally applicable and beyond
often
negative side effects (e.g., noise)
and so-called. "Add-on systems" on electrical
Base (according to previous
Paragraph) are heavy and expensive and in particular the usual
electrical wiring system excessive or
currently burden uncontrollable, is hereby an improved contrast
Hydraulic system (eg for
a vehicle steering system, express
but not limited to this application) according to the preamble of
Claim 1 are shown (= object of the present invention).
Die
Lösung
dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite der
Zusatzpumpe auch mit der Druckseite der Haupt-Hydraulikpumpe verbindbar
ist. Vorzugsweise ist ein Umschaltventil zum wahlweisen Verbinden
der Saugseite der Zusatzpumpe entweder mit dem Hydraulikreservoir oder
mit der Druckseite der Haupt-Hydraulikpumpe vorgesehen und die Zusatzpumpe
solchermaßen
dimensioniert, dass mit Hilfe derselben in Parallelschaltung zur
Haupt-Hydraulikpumpe (und somit im aus dem Hydraulikreservoir ansaugenden
Zustand) die maximal erforderliche Fördermenge von Hydraulikmedium
bereitstellbar ist, während
in Reihenschaltung zur Haupt-Hydraulikpumpe (und somit im von deren
Druckseite ansaugenden Zustand) der maximal erforderliche Förderdruck
des Hydraulikmediums bereitstellbar ist.The
solution
This object is characterized in that the suction side of the
Additional pump can also be connected to the pressure side of the main hydraulic pump
is. Preferably, a switching valve for selectively connecting
the suction side of the auxiliary pump either with the hydraulic reservoir or
provided with the pressure side of the main hydraulic pump and the auxiliary pump
thus
dimensioned that with the help of the same in parallel with the
Main hydraulic pump (and thus in ansaugenden from the hydraulic reservoir
State) the maximum required flow rate of hydraulic medium
is available while
in series with the main hydraulic pump (and thus in the latter
Pressure side sucking state) the maximum required delivery pressure
the hydraulic medium can be provided.
Zur
näheren
Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden im folgenden zunächst die
technisch- physikalischen Hintergründe erläutert, ehe auf das in der beigefügten 1 dargestellte
bevorzugte Ausführungsbeispiel
eingegangen wird.For a more detailed description of the present invention, the technical-physical background will be explained in the following, before on the in the attached 1 illustrated preferred embodiment is received.
An
einem hydraulischen Servo-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, welches
bspw. bzw. grundsätzlich
wie in der bereits erläuterten 9 dargestellt aufgebaut
sein kann, kann bei Versuchen zur Ermittlung der erforderlichen
Lenkleistung folgender Sachverhalt festgestellt werden:
Bei
hohen Zahnstangen-Kräften,
bspw. beim Lenken im Stand, wird die Zahnstange nur mit relativ
niedriger Geschwindigkeit bewegt. Bei sehr hohen Lenkgeschwindigkeiten
hingegen, wie sie bspw. beim dem Fachmann bekannten VDA-Ausweichtest
auftreten, sind die Zahnstangenkräfte wesentlich geringer, da
hierbei das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung
von 60–70
km/h bewegt wird. Für
ein bestimmtes Fahrzeugmodell lässt
sich somit eine Linie gleicher Leistung finden, die die maximale
Leistungsanforderung begrenzt und unterhalb derer alle möglichen
Lenkmanöver
leistungsmäßig zu liegen
kommen. In 2 sind Linien gleicher Leistung
(0,2 kW bis 2 kW) für
die mechanische Zahnstangenleistung für ein konkretes Kraftfahrzeugmodell
dargestellt, wobei auf der Abszisse die jeweils mögliche Zahnstangen-Geschwindigkeit
und auf der Ordinate die jeweils mögliche Zahnstangen-Kraft dargestellt
ist. Näher
erläutert
wird dies im folgenden anhand von 3: Bei einer
angenommenen Lenkung sei eine maximale Zahnstangenkraft von 10 kN bei
einer Zahnstangen-Geschwindigkeit von 80 mm/s erforderlich, und
bei einer maximalen Zahnstangengeschwindigkeit von 160 mm/s eine
Zahnstangenkraft von 5 kN. Beide Punkte liegen auf der Leistungshyperbel
von 0,8 kW.On a hydraulic power steering system for a motor vehicle, which, for example, or in principle as in the already explained 9 can be constructed, the following facts can be found in tests to determine the required steering performance:
At high rack forces, for example when steering in the state, the rack is moved only at a relatively low speed. By contrast, at very high steering speeds, as they occur, for example, in the VDA avoidance test known to the person skilled in the art, the rack-and-pinion forces are considerably lower, since in this case the vehicle is moved at a speed of the order of 60-70 km / h. For a particular vehicle model can thus find a line of equal power, which limits the maximum power requirement and below all possible steering maneuvers come to lie in terms of performance. In 2 Lines of the same power (0.2 kW to 2 kW) for the mechanical rack power for a specific motor vehicle model are shown, wherein the respective possible rack speed is shown on the abscissa and the respective possible rack force on the ordinate. This is explained in more detail below with reference to 3 : Assumed steering requires a maximum rack force of 10 kN with a rack speed of 80 mm / s, and a rack speed of 5 kN with a maximum rack speed of 160 mm / s. Both points are based on the power hyperbola of 0.8 kW.
Diese
Linie stellt gleichzeitig die Grenzkurve der maximal an der Zahnstange
zu erbringenden Leistung dar.These
Line simultaneously represents the limit curve of the maximum on the rack
to be provided.
Eine
hydraulische Servo-Lenkung muss jedoch vereinfacht ausgedrückt sowohl
in der Fördermenge
als auch im Druck auf die beiden Maximalwerte ausgelegt werden.
Die installierte Leistung beträgt demnach
1,6 kW; dies ist das Doppelte der eigentlich erforderlichen Leistung.A
However, hydraulic servo steering needs to be simplified both
in the flow rate
be designed as well as in the pressure on the two maximum values.
The installed capacity is accordingly
1,6 kW; this is twice the actual required performance.
Nach
dem mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Konzept werde
nun die vom Antriebsaggregat (5) des Kraftfahrzeugs (und
somit kontinuierlich) angetriebene Hydraulikpumpe (6),
die hier sowie in den Patentansprüchen als Haupt-Hydraulikpumpe
bezeichnet ist, auf eine Maximal-Leistung von 0,8 kW ausgelegt,
d.h. auf den Leistungswert, der eigentlich für sich isoliert betrachtet
maximal benötigt
wird.According to the concept proposed by the present invention, that of the drive unit ( 5 ) of the motor vehicle (and thus continuously) driven hydraulic pump ( 6 ), which is referred to here and in the claims as a main hydraulic pump, designed for a maximum power of 0.8 kW, ie the power value, which is actually considered to be isolated in isolation is needed.
Mit
diesem Leistungswert von 0,8 kW, der (hier) die Hälfte des
nach bisherigen Auslegungskriterien gewählten Leistungswertes ist,
ist jedoch bspw. nur eine Zahnstangen-Geschwindigkeit von 112 mm/s
bei einer Zahnstangen-Kraft von 7,2 kN bereitstellbar, wie aus 4 hervorgeht.
Damit kann jedoch weder der für
die maximale Zahnstangen-Kraft von 10 kN erforderliche Druck, noch
das für
die maximale Zahnstangen-Geschwindigkeit
von 160 mm/s erforderliche Fördervolumen
erreicht werden. In 5 sind die beiden Bereiche des
Leistungs-Defizits dargestellt, genannt „Druckbereich D*" und „Volumenbereich
V*. In diesen beiden Bereichen sind Ergänzungen notwendig. Werden dabei
diese beiden Bereiche D* und V* leistungsmäßig isoliert voneinander betrachtet,
so ergibt sich für
beide eine hydraulische bzw. mechanische Leistung von weniger als 350
W, wie aus der Darstellung in 6 hervorgeht.However, with this power value of 0.8 kW, which is half of the power value chosen according to previous design criteria, only a rack speed of 112 mm / s can be provided with a rack power of 7.2 kN, for example out 4 evident. However, neither the required for the maximum rack force of 10 kN pressure, nor the required for the maximum rack speed of 160 mm / s delivery volume can be achieved. In 5 shows the two areas of the performance deficit, called "pressure range D *" and "Volu range V *. Additions are necessary in these two areas. If these two areas D * and V * are considered isolated from each other in terms of performance, then both result in a hydraulic or mechanical power of less than 350 W, as shown in FIG 6 evident.
In 7 ist
diese fehlende bzw. dann von einer Zusatzpumpe bereitzustellende
Zusatzleistung in das Diagramm der Leistungshyperbeln (vgl. 2) eingetragen.
Theoretisch ist also eine hydraulische bzw. mechanische Zusatzleistung
von 350 W ausreichend, wenn es nur gelingt, die beiden Leistungsbereiche
getrennt anzusteuern. Ein derartiges System ist nun Gegenstand der
vorliegenden Erfindung.In 7 is this missing or then to be provided by an additional pump additional power in the diagram of the power hyperbolas (see. 2 ). Theoretically, a hydraulic or mechanical additional power of 350 W is sufficient if it is only possible to control the two power ranges separately. Such a system is now the subject of the present invention.
In
diesem Sinne wird also eine insbesondere elektromotorisch betriebene
Zusatzpumpe für
das Hydraulikmedium solchermaßen
ausgelegt, dass diese Zusatzpumpe praktisch ebenso wie die Haupt-Hydraulikpumpe
sowohl eine Zahnstangen-Kraft von 7,2 kN, als auch die Zahnstangen-Geschwindigkeit
von 112 mm/s (sicher) erreicht. Eine hydraulische bzw. mechanische
Zahnstangenleistung von 400 W ist dafür mit guter Sicherheit ausreichend,
wie aus 8 hervorgeht. Bei einem üblichen elektrisch-hydraulischen
Wirkungsgrad von 60% ergibt sich damit eine von einem die Zusatzpumpe
antreibenden Elektromotor zu erbringende elektrische Leistung von
lediglich 670 W. Dieser Wert liegt erheblich unterhalb des für eine einfache
Add-On-Lösung weiter
oben genannten Wertes von 1,35 kW für eine dort bei einfacher Parallelschaltung
erforderliche mechanische bzw. hydraulische Zusatzleistung von 0,8 kW.In this sense, therefore, a particular electric motor operated auxiliary pump for the hydraulic medium is designed such that this auxiliary pump practically as well as the main hydraulic pump both a rack power of 7.2 kN, and the rack speed of 112 mm / s (sure ) reached. A hydraulic or mechanical rack power of 400 W is sufficient for this with good certainty, like out 8th evident. With a conventional electrical-hydraulic efficiency of 60%, this results in an electric power to be supplied by an electric motor driving the auxiliary pump of only 670 W. This value is considerably below the value of 1 mentioned above for a simple add-on solution. 35 kW for a mechanical or hydraulic additional power of 0.8 kW required for simple parallel connection.
In 1 ist ähnlich der
Darstellung des üblichen
Standes der Technik (gemäß 9 und
unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern für gleiche Elemente) der Hydraulikplan
eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems
an einem hydraulischen Fzg.-Servo-Lenksystem dargestellt.In 1 is similar to the representation of the conventional art (according to 9 and using the same reference numerals for like elements), the hydraulic diagram of a hydraulic system according to the invention is shown on a hydraulic power steering system.
Die
Hydraulikpumpe 6, die kontinuierlich vom Fahrzeug-Antriebsaggregat 5 angetrieben
wird, und die nunmehr noch die Hälfte
der Maximal-Leistung der Hydraulikpumpe 6 nach 9 erbringen kann,
wird nunmehr als Haupt-Hydraulikpumpe 6 bezeichnet.
Zusätzlich
zu dieser Haupt-Hydraulikpumpe 6 ist eine Zusatzpumpe 10 vorgesehen,
die von einem Elektromotor 11 angetrieben wird und somit
nur bedarfsweise betrieben werden muss. Druckseitig bzw. mit ihrer
Förderseite
ist diese Zusatzpumpe unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 12 über eine
Förderleitung 18z ebenso
wie die Haupt-Hydraulikpumpe 6 mit dem Lenkventil 4 verbunden.The hydraulic pump 6 continuously from the vehicle drive unit 5 is driven, and now half the maximum power of the hydraulic pump 6 to 9 can now be used as the main hydraulic pump 6 designated. In addition to this main hydraulic pump 6 is an auxiliary pump 10 provided by an electric motor 11 is driven and therefore only needs to be operated. On the pressure side or with its delivery side, this additional pump is with the interposition of a check valve 12 via a conveyor line 18z as well as the main hydraulic pump 6 with the steering valve 4 connected.
Saugseitig
ist diese Zusatzpumpe 10 über ein Umschaltventil 13 entweder
absperrbar (= Ventilstellung „0") oder über eine
erste Saugleitung 16z' mit
dem Hydraulikreservoir 7 verbindbar (= Ventilstellung „1") oder über eine
zweite Saugleitung 16z'' mit der Druckseite
der Haupt-Hydraulikpumpe 6 bzw. mit deren Förderleitung 18 verbindbar
(= Ventilstellung „2"). Dabei wird die
Zusatzpumpe 10 mit dem Elektromotor 11 und dem
Umschaltventil 13 sowie den zugehörigen Leitungen im weiteren
auch als Zusatzsystem Z bezeichnet.Suction side is this additional pump 10 via a changeover valve 13 either lockable (= valve position "0") or via a first suction line 16z ' with the hydraulic reservoir 7 connectable (= valve position "1") or via a second suction line 16z '' with the pressure side of the main hydraulic pump 6 or with their support line 18 connectable (= valve position "2") 10 with the electric motor 11 and the switching valve 13 and the associated lines hereinafter also referred to as additional system Z.
Wenn
nun keine oder nur eine geringe Servo-Unterstützung benötigt wird, d.h. wenn sowohl
die geforderte Zahnstangen-Geschwindigkeit als auch die geforderte
Zahnstangen-Kraft relativ gering sind und somit alleine von der
Haupt-Hydraulikpumpe 6 bereitgestellt werden können, so
nimmt das Umschaltventil 13 die Position „0" ein und der Elektromotor 11 wird
nicht betrieben. Wenn eine Zahnstangen-Geschwindigkeit erforderlich
ist, die größer ist als
von der Haupt-Hydraulikpumpe 6 erzeugbar, wird das Umschaltventil 13 in
die Position „1" gefahren und der
Elektromotor 11 zum Antrieb der Zusatzpumpe 10 in
Betrieb genommen. Auf der entsprechenden (durch das Lenkventil 4 bestimmten)
Seite des Servo-Lenkzylinders 3c addieren sich dann die
von der Haupt-Hydraulikpumpe 6 und der Zusatzpumpe 10 bereitgestellten
Hydraulik-Volumina. Eine entsprechend hohe Lenkgeschwindigkeit,
die eine derartige hohe Zahnstangen-Geschwindigkeit erfordert, kann dabei
mit Hilfe eines an gängigen
Kraftfahrzeugen üblichen,
und bspw. am Lenkrad 1 vorgesehenen Lenkwinkelsensors detektiert
werden.If now no or only a small servo assistance is needed, ie if both the required rack speed and the required rack-and-pinion force are relatively low and thus alone from the main hydraulic pump 6 can be provided, so takes the switching valve 13 the position "0" and the electric motor 11 is not operated. When a rack speed greater than that of the main hydraulic pump is required 6 producible, the switching valve 13 moved to position "1" and the electric motor 11 to drive the auxiliary pump 10 put into operation. On the corresponding (through the steering valve 4 certain) side of the servo steering cylinder 3c then add up from the main hydraulic pump 6 and the auxiliary pump 10 provided hydraulic volumes. A correspondingly high steering speed, which requires such a high rack speed can, with the help of a usual on common motor vehicles, and, for example. On the steering wheel 1 provided steering angle sensor can be detected.
Die
Position „2" des Umschaltventils 13 wird dann
angefahren, wenn höhere
Zahnstangen-Kräfte erforderlich
sind als von der Haupt-Hydraulikpumpe 6 alleine erreicht
werden können.
Selbstverständlich wird
auch dann der die Zusatzpumpe 10 antreibende Elektromotor 11 betrieben.
Entsprechend hohe Zahnstanen-Kräfte
werden zunächst
nur im Stand beim Parkieren des Kraftfahrzeugs benötigt, sowie
dann, wenn die Lenkung sehr weit einge schlagen wird. Mit zunehmendem
Lenkwinkel steigt aufgrund der kinematischen Verhältnisse
die Zahnstangen-Kraft bekanntlich progressiv an und erreicht kurz
vor dem Endanschlag ihr Maximum. In diesem Fällen ist die Zusatzpumpe 10 über die
zweite Saugleitung 16z'' saugseitig
mit der Druckseite der Haupt-Hydraulikpumpe 6 verbunden,
wo bspw. aufgrund eines Parkiervorgangs bereits ein sehr hoher Vordruck herrscht.
Die Zusatzpumpe 10 muss hierbei lediglich einen Differenzdruck
erzeugen, und insbesondere denjenigen, der erforderlich ist, um
die Lenkung bis zum mechanischen Anschlag zu betätigen. Ein Signal für den Einsatz
der Zusatzpumpe 10 für
diesen Fall kann dabei aus dem gemessenen Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit
generiert werden.The position "2" of the changeover valve 13 is then approached when higher rack forces are required than from the main hydraulic pump 6 can be achieved alone. Of course, then the additional pump 10 driving electric motor 11 operated. Accordingly high Zahnstanen forces are initially required only when stationary when parking the motor vehicle, and then when the steering is very far turned on. As the steering angle increases, the rack-and-pinion force progressively increases due to the kinematic conditions and reaches its maximum shortly before the end stop. In these cases, the auxiliary pump 10 via the second suction line 16z '' suction side with the pressure side of the main hydraulic pump 6 connected, where, for example, due to a parking already prevails a very high form. The auxiliary pump 10 this only has to produce a differential pressure, and in particular that which is required to actuate the steering to the mechanical stop. A signal for the use of the auxiliary pump 10 for this case can be generated from the measured steering angle and the vehicle speed.
Wegen
der sehr niedrigen Einsatzhäufigkeit und
jeweils nur kurzen Betriebsdauer der Zusatzpumpe 10 kann
auf eine Leistungs- bzw. Drehzahlregelung des Elektromotors 11 verzichtet
werden. Überschüssiges Fördervolumen
der Zusatzpumpe 10 kann einfach über das Lenkventil 4 in
das Hydraulikreservoir 7 geleitet werden, während der
Maximaldruck analog wie bei der Basisversorgung (d.h. gemäß 9 ohne
Zusatzsystem Z) durch ein (figürlich nicht
dargestelltes) Druckbegrenzungsventil abgeregelt werden kann. Zur
Steuerung der Zusatzaktivität sind über die
genannten Sensoren hinaus keine weiteren erforderlich. Die Genauigkeit
auf Basis der bekannten Signale ist für eine Leistungsüberlagerung vollkommen
ausreichend. Besondere Feinfühligkeit ist
nicht erforderlich, da die Eingriffe weit außerhalb des Feinbereichs erfolgen.Because of the very low frequency of use and only short operating time of the additive pump 10 can be on a power or speed control of the electric motor 11 be waived. Excess delivery volume of the additional pump 10 can easily via the steering valve 4 in the hydraulic reservoir 7 while the maximum pressure is analogous to the basic supply (ie 9 Without additional system Z) can be controlled by a (figuratively not shown) pressure relief valve. To control the additional activity beyond the above sensors, no further required. The accuracy based on the known signals is completely sufficient for power superposition. Special sensitivity is not required as the intervention takes place far beyond the fine range.
Durch
die relativ niedrige erforderliche elektrische Leistung kann das
vorgeschlagene System ohne Probleme in ein serienmäßiges elektrisches Bordnetz
integriert werden. Aufwändige
Maßnahmen zur
Stabilisierung desselben sind nicht erforderlich. Ein Ausfall des
hiermit vorgeschlagenen Zusatzsystems Z (Zusatzpumpe 10 mit
Elektromotor 11 und Umschaltventil 13) stellt
für den
Fahrer des Kraftfahrzeugs kein Problem dar. Ein solcher Ausfall
ist detektierbar und kann als Warnhinweis angezeigt werden. Eine Weiterfahrt
ist bei unverändertem
Lenkgefühl möglich. Lediglich
beim Einparken und bei hochdynamischen Lenkbewegungen wären dann
für den Fahrer
Erhöhungen
des selbst zu erbringenden Lenkmoments zu spüren.Due to the relatively low required electrical power, the proposed system can be integrated without problems in a standard electrical system. Elaborate measures to stabilize the same are not required. A failure of the hereby proposed additional system Z (additional pump 10 with electric motor 11 and changeover valve 13 ) is not a problem for the driver of the motor vehicle. Such a failure is detectable and can be displayed as a warning. A further journey is possible with unchanged steering feel. Only when parking and highly dynamic steering movements would then be felt for the driver increases the self-to-be-delivered steering torque.
Vorteilhafterweise
kann das hier vorgeschlagene Zusatzsystem (Zusatzpumpe 10 mit
Elektromotor 11 und Umschaltventil 13) auch als
alleinige Versorgung der Servolenkung bei stillstehendem Fzg.-Antriebsaggregat 5 verwendet
werden (und zwar mit Position „1" des Umschaltventils 13),
wobei jedoch zu beachten ist, dass sich die Laufzeiten von Elektromotor 11 und
Zusatzpumpe 10 erheblich verlängern können und dass eine Regelung
des Elektromotors 11 dann grundsätzlich sinnvoll wäre, wofür jedoch
Zusatzsensorik erforderlich ist.Advantageously, the additional system proposed here (auxiliary pump 10 with electric motor 11 and changeover valve 13 ) Also as the sole supply of the power steering with stationary Fzg.-Antriebaggregat 5 used (with position "1" of the switching valve 13 ), but it should be noted that the life of electric motor 11 and auxiliary pump 10 can considerably extend and that a regulation of the electric motor 11 would be useful in principle, for which, however, additional sensor technology is required.
Ein
hiermit vorgeschlagenes Hydrauliksystem zeichnet sich durch folgende
Vorteile aus: Die Verlustleistung des Basissystems (d.h. ohne vorgeschlagenes
Zusatzsystem) wird bei der hier gewählten Auslegung zumindest halbiert.
Die Erwärmung des
Hydraulikmediums ist geringer, weshalb aufwändige Kühlmaßnahmen entfallen können. Die
in einem Getriebe zwischen der Haupt-Hydraulikpumpe 6 und dem
diese antreibenden Fzg.-Antriebsaggregat 5 zu übertragende
Antriebsleistung sowie das zu übertragende
Moment sinkt ebenso wie die Anforderungen an bzw. die Einflussnahme
auf das Antriebsaggregat 5. Es kann auch bei stillstehendem
Fzg.-Antriebsaggregat 5 und
somit stillstehender Haupt-Hydraulikpumpe 6 eine Servounterstützung (allerdings
reduziert) bereitgestellt werden. Der Leistungsbedarf des vorgeschlagenen
Zusatzsystems ist relativ gering, was sich positiv auf die Kosten,
das Gewicht und das Einbauvolumen auswirkt. Die Laufzeiten des Zusatzsystems
sind ebenfalls gering, weshalb kostengünstige Komponenten verwendet
werden können.
Dieses Zusatzsystem kann problemlos ohne zusätzliche Maßnahmen in das serienmäßige elektrische
Bordnetz eines Kraftfahrzeugs integriert werden. Durch die Reduzierung
des Pumpendrucks der Haupt-Hydraulikpumpe 6 ergeben sich
Vereinfachungen in der Pumpenbauweise und damit Kostensenkungen, ferner
kann die Dichtungsreibung der Pumpe reduziert werden, womit deren
Schleppleistung sinkt. Schließlich
wird zumindest mit der gezeigten Anordnung der Dehnschlauch 9 mit
einem deutlich niedrigeren Druck belastet. Dies wirkt sich positiv
auf die Geräuschentwicklung
des Basissystems, den Druckabfall im Dehnschlauch und in Folge auf
die Komplexität und
die Kosten für
den Dehnschlauch aus.A proposed hydraulic system is characterized by the following advantages: The power loss of the base system (ie without proposed additional system) is at least halved in the design chosen here. The heating of the hydraulic medium is lower, which is why costly cooling measures can be omitted. The in a gearbox between the main hydraulic pump 6 and this driving Fzg.-power unit 5 The drive power to be transmitted as well as the torque to be transmitted decreases as well as the requirements for or the influence on the drive unit 5 , It can also with stationary Fzg.-Antriebaggregat 5 and thus stationary main hydraulic pump 6 Servo support (albeit reduced) can be provided. The power requirement of the proposed auxiliary system is relatively low, which has a positive effect on the costs, the weight and the installation volume. The run times of the additional system are also low, which is why low-cost components can be used. This additional system can be easily integrated without additional measures in the standard electrical system of a motor vehicle. By reducing the pump pressure of the main hydraulic pump 6 There are simplifications in the pump design and thus cost reductions, also the seal friction of the pump can be reduced, whereby their drag performance decreases. Finally, at least with the arrangement shown, the expansion tube 9 loaded with a significantly lower pressure. This has a positive effect on the noise of the base system, the pressure drop in the expansion tube and in consequence on the complexity and the cost of the expansion tube.
Selbstverständlich ist
das Größenverhältnis der
beiden Pumpen (Haupt-Hydraulikpumpe 6 und Zusatzpumpe 10)
zueinander in weiten Grenzen veränderbar,
wobei die jeweils günstigste
Auslegung vom Einzelfall abhängt.
Ferner sei nochmals erwähnt,
dass das vorgeschlagene Prinzip nicht auf den Einsatz an einem Servo-Lenksystem
eines Kraftfahrzeugs beschränkt
ist, sondern auch bei anderen hydraulischen Systemen, insbesondere
solchen, die nach dem sog. Open-Center-Prinzip arbeiten, einsetzbar
ist; wie überhaupt
eine Vielzahl von Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen
gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.Of course, the size ratio of the two pumps (main hydraulic pump 6 and auxiliary pump 10 ) to each other within wide limits changeable, with the most favorable interpretation of the individual case depends. It should also be mentioned again that the proposed principle is not limited to use on a power steering system of a motor vehicle, but also in other hydraulic systems, in particular those that work according to the so-called. Open center principle, can be used; as may be a variety of details quite different from the above explanations, without departing from the content of the claims.