DE102006014194B4

DE102006014194B4 - Hydraulic system for supplying an actuator in a motor vehicle

Info

Publication number: DE102006014194B4
Application number: DE102006014194.6A
Authority: DE
Inventors: Jakob Unterforsthuber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: DE102006014194A1

Abstract

Hydrauliksystem zur Versorgung eines Aktuators in einem Kraftfahrzeug mit einer vom Fahrzeug-Antriebsaggregat (5) mechanisch angetriebenen Haupt-Hydraulikpumpe (6) sowie mit einer Zusatzpumpe (10), sowie mit einem Hydraulikreservoir (7) zur Versorgung der Haupt-Hydraulikpumpe (6) oder der Haupt-Hydraulikpumpe (6) und der Zusatzpumpe (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugseite der Zusatzpumpe (10) auch mit einer Druckseite der Haupt-Hydraulikpumpe (6) verbindbar ist, umfassend ein Umschaltventil (13) zum wahlweisen Verbinden der Saugseite der Zusatzpumpe (10) entweder mit dem Hydraulikreservoir (7) oder mit der Druckseite der Haupt-Hydraulikpumpe (6).Hydraulic system for supplying an actuator in a motor vehicle with a main hydraulic pump (6) mechanically driven by the vehicle drive unit (5) and with an additional pump (10) and with a hydraulic reservoir (7) for supplying the main hydraulic pump (6) or the main hydraulic pump (6) and the additional pump (10), characterized in that a suction side of the additional pump (10) can also be connected to a pressure side of the main hydraulic pump (6), comprising a switch valve (13) for optionally connecting the suction side the auxiliary pump (10) either with the hydraulic reservoir (7) or with the pressure side of the main hydraulic pump (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die gattungsbildende DE 196 38 420 A1 , die DE 198 55 404 A1 und die DE 100 45 118 A1 verwiesen.The invention relates to a hydraulic system according to the preamble of claim 1. For the technical environment, for example, reference is made to the generic DE 196 38 420 A1 , the DE 198 55 404 A1 and the DE 100 45 118 A1 referenced.

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 Fahrzeug-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 and the essence of the present invention are explained using a hydraulic power steering system of a motor vehicle, it should be expressly pointed out at this point that the The principle underlying the present invention can be used in the same way with the same advantages for any hydraulic actuators (ie servomotors or the like or generally actuators), in particular in motor vehicles. A particularly preferred application in addition to the vehicle steering system are hydraulic motors in the chassis of the vehicle, for example for twisting a split anti-roll bar.

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 denotes a steering wheel to be operated by the driver of a two-lane motor vehicle, with which one is attached to the steering wheel 1 subsequent steering column 2 making a turning motion of the steering wheel 1 about a pinion 3a a steering gear 3 on the rack 3b the steering gear 3 transmits, triggered on the steerable wheels of the motor vehicle, not shown, via the transverse displacement of the rack 3b as well as laterally adjoining track levers, also not shown, a desired steering angle can be set, ie these wheels are pivoted or turned accordingly. In the steering gear 3 is a hydraulic power steering cylinder 3c integrated, in the two working chambers of which hydraulic medium can be introduced or drained complementary to one another, namely via a steering valve 4th .

Das Hydraulikmedium wird von einer vom Fahrzeug- Antriebsaggregat 5 angetriebenen Haupt-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 Haupt-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 supplied by one of the vehicle's drive unit 5 driven main hydraulic pump 6th provided, the suction side of which via a suction line 16 with a hydraulic reservoir 7th is connected, while the pressure side via a delivery line 18th , in the check valve 8th as well as a stretch hose 9 is provided with the steering valve 4th connected is. This steering valve 4th is shown in its neutral position, in which that of the main hydraulic pump 6th pumped hydraulic medium via a return line 17th into the hydraulic reservoir 7th is funded back, which is why this steering system works according to the "open center principle". The advantage of this principle is known to be the very good response behavior.

Bei der Auslegung des Hydrauliksystems und insbesondere der darin vorgesehenen Haupt-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 Haupt-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 Haupt-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 Haupt-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.When designing the hydraulic system and in particular the main hydraulic pump provided therein 6th The delivery volume requirements and pressure requirements must be taken into account equally. The volume requirement is based (in the case of a rack and pinion hydraulic steering) on the required rack speed (= adjustment speed of the rack 3b ) and determines the delivery rate of the main hydraulic pump 6th . The required maximum hydraulic pressure is determined by the required rack force, especially when parking the motor vehicle. However, the higher the requirements, the more powerful the main hydraulic pump and the entire hydraulic system must be designed. Disadvantageously, the reactive power to be provided increases disproportionately as the delivery volume increases. The manufacturers of motor vehicles and of steering systems for them have therefore made numerous attempts to reduce this reactive power without impairing the maximum possible power output. The so-called “Varioserv pump” should be mentioned as an exemplary example of a concept that is already in series production. With this main hydraulic pump, the delivery volume can be regulated by means of a complex adjustment mechanism. This adapts to the respective requirements either automatically or electronically. This enables energy savings of up to 30% to be achieved. Particularly disadvantageous are the high manufacturing complexity and the associated higher costs as well as the limited performance. This known pump is, for example, not suitable for large, heavy vehicle models and in particular not for those with a mechanical superimposed 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 Zusatzpumpe 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.So-called “add-on” systems are also possible, in which the conventional hydraulic steering system is supplemented by an electro-hydraulic pump, as shown in the document mentioned at the beginning. A typical design of such a system could be such that the so-called main hydraulic pump covers half of the volume requirement and an additional pump connected quasi in parallel supplements the remaining 50% if required. With a total mechanical power of, for example, 1.6 kW, the maximum power of the main hydraulic pump, like the hydraulic maximum power of the auxiliary pump driven by an electric motor, is then 0.8 kW. With a typical electro-hydraulic efficiency of approx. 60%, an electrical power of approx. 1.35 kW must be installed to drive the additional pump. Electrical outputs of this magnitude are common 12 volt electrical system of common motor vehicles is not available without special measures, in particular because a steering process cannot be foreseen and there is not enough time available to stabilize the electrical system with the available resources.

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 Fahrzeug-Lenksystem, ausdrücklich jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).Since variable pump concepts (mentioned in the penultimate paragraph) (such as the mentioned "Varioserv pump") are complex, cost-intensive, difficult to coordinate and cannot be used in general and, moreover, often have negative side effects (e.g. noises), and so-called On systems "on an electrical basis (according to the previous paragraph) are heavy and expensive and, in particular, place an excessive or currently uncontrollable load on the conventional electrical system, a hydraulic system that is improved in comparison (e.g. for a vehicle steering system, but expressly not for this application) limited) are shown according to the preamble of claim 1 (= object of the present invention).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite der Zusatzpumpe auch mit einer Druckseite der Haupt-Hydraulikpumpe verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist ein Umschaltventil zum wahlweisen Verbinden der Saugseite der Zusatzpumpe entweder mit dem Hydraulikreservoir oder mit der Druckseite der Haupt-Hydraulikpumpe vorgesehen. Vorzugsweise ist die Zusatzpumpe solchermaßen dimensioniert, dass mit Hilfe derselben in Parallelschaltung zur Haupt-Hydraulikpumpe (und somit im aus dem Hydraulikreservoir ansaugenden Zustand eine 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 to this problem is characterized in that the suction side of the additional pump can also be connected to a pressure side of the main hydraulic pump. According to the invention, a changeover valve is provided for optionally connecting the suction side of the additional pump either to the hydraulic reservoir or to the pressure side of the main hydraulic pump. The additional pump is preferably dimensioned in such a way that with the aid of it in parallel connection to the main hydraulic pump (and thus in the state sucking in from the hydraulic reservoir a maximum required delivery rate of hydraulic medium can be provided, while in series connection to the main hydraulic pump (and thus in the suction side from its pressure side State) the maximum required delivery pressure of 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.

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 Fahrzeug-Servo-Lenksystem dargestellt.
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 anhand von den 3 bis 6.
In 7 ist eine fehlende bzw. dann von einer Zusatzpumpe bereitzustellende Zusatzleistung in das Diagramm der Leistungshyperbeln (vgl. 2) eingetragen. In 8 ist ein weiteres beispielhaften Diagramm aufgezeigt.

For a more detailed description of the present invention, the technical-physical background will first be explained in the following, before referring to the attached 1 illustrated preferred embodiment is entered.

In 1 is similar to the representation of the usual state of the art (according to 9 and using the same reference numbers for the same elements) the hydraulic diagram of a hydraulic system according to the invention is shown on a hydraulic vehicle power steering system.
In 2 Lines of equal power (0.2 kW to 2 kW) for the mechanical rack power for a specific vehicle model are shown, with the possible rack speed on the abscissa and the possible rack force on the ordinate. This is explained in more detail using the 3 to 6th .
In 7th If an additional power is missing or has to be provided by an additional pump in the diagram of the power hyperbolas (cf. 2 ) entered. In 8th a further exemplary diagram is shown.

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. Diese Linie stellt gleichzeitig die Grenzkurve der maximal an der Zahnstange zu erbringenden Leistung dar.

On a hydraulic servo steering system for a motor vehicle, which, for example, or basically as in the already explained 9 can be constructed as shown, the following facts can be determined in attempts to determine the required steering performance:

In the case of high rack forces, for example when steering while standing, the rack is only moved at a relatively low speed. At very high steering speeds, on the other hand, as occur, for example, in the VDA evasive test known to those skilled in the art, the rack forces are significantly lower, since the vehicle is moved at a speed of around 60-70 km / h. For a specific vehicle model, a line of equal performance can thus be found, which limits the maximum performance requirement and below which all possible steering maneuvers come to be in terms of performance. In 2 Lines of equal power (0.2 kW to 2 kW) for the mechanical rack power for a specific vehicle model are shown, with the possible rack speed on the abscissa and the possible rack force on the ordinate. This is explained in more detail below with reference to 3 : Assuming steering, a maximum rack force of 10 kN is required at a rack speed of 80 mm / s, and a rack force of 5 kN for a maximum rack speed of 160 mm / s. Both points are on the power hyperbola of 0.8 kW. This line also represents the limit curve of the maximum power that can be provided on the rack.

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.In simplified terms, however, hydraulic servo-steering must be designed for the two maximum values in terms of both the delivery rate and the pressure. The installed power is therefore 1.6 kW; this is twice the performance actually required.

Nach dem mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Konzept werde nun die vom Fahrzeug-Antriebsaggregat 5 des Kraftfahrzeugs (und somit kontinuierlich) angetriebene Haupt-Hydraulikpumpe 6, die hier sowie in den Patentansprüchen als Haupt-Hydraulikpumpe 6 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, the vehicle drive unit will now be used 5 of the motor vehicle (and thus continuously) driven main hydraulic pump 6th that are used here as well as in the claims as the main hydraulic pump 6th is designated on a Maximum output of 0.8 kW, ie the output value that is actually required as a maximum when viewed in isolation.

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 ZahnstangenGeschwindigkeit 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.With this power value of 0.8 kW, which (here) is half of the power value selected according to the previous design criteria, only a rack speed of 112 mm / s with a rack force of 7.2 kN can be provided, for example out 4th emerges. However, this means that neither the pressure required for the maximum rack force of 10 kN nor the delivery volume required for the maximum rack speed of 160 mm / s can be achieved. In 5 the two areas of the performance deficit are shown, called "pressure area D *" and "volume area V *". In these two areas, additions are necessary. If these two areas D * and V * are considered isolated from one another in terms of power, then a hydraulic or mechanical power of less than 350 W results for both, as shown in FIG 6th emerges.

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 7th is this missing additional power or then to be provided by an additional pump in the diagram of the power hyperbolas (cf. 2 ) entered. Theoretically, an additional hydraulic or mechanical 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, an additional pump operated by an electric motor for the hydraulic medium is designed in such a way that this additional pump, like the main hydraulic pump, has both a rack force of 7.2 kN and a rack speed of 112 mm / s (safe ) reached. A hydraulic or mechanical rack power of 400 W is certainly sufficient for this, as shown in 8th emerges. With a usual electro-hydraulic efficiency of 60%, the result is an electrical power to be provided 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 an additional mechanical or hydraulic power of 0.8 kW required there with a 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 Fahrzeug-Servo-Lenksystem dargestellt.In 1 is similar to the representation of the usual state of the art (according to 9 and using the same reference numbers for the same elements) the hydraulic diagram of a hydraulic system according to the invention is shown on a hydraulic vehicle power steering system.

Die Haupt-Hydraulikpumpe 6, die kontinuierlich vom Fahrzeug- Antriebsaggregat 5 angetrieben wird, und die nunmehr noch die Hälfte der Maximal-Leistung der Haupt-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. 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.The main hydraulic pump 6th continuously from the vehicle's drive unit 5 is driven, and the now still half of the maximum power of the main hydraulic pump 6th to 9 can now provide as the main hydraulic pump 6th designated. In addition to this main hydraulic pump 6th is an additional pump 10 provided by an electric motor 11 is driven and therefore only has to be operated as required. On the pressure side or with its delivery side, this additional pump is with the interposition of a non-return valve 12th via a delivery line 18z as well as the main hydraulic pump 6th with the steering valve 4th connected. This additional pump is on the suction side 10 via a switching valve 13th either lockable (= valve position "0") or via a first suction line 16z ' with the hydraulic reservoir 7th connectable (= valve position "1") or via a second suction line 16z '' with the pressure side of the main hydraulic pump 6th or with their delivery line 18th connectable (= valve position "2"). The additional pump is thereby 10 with the electric motor 11 and the switching valve 13th and the associated lines also referred to as additional system Z in the following

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 no or only a small amount of servo support is required, ie if both the required rack speed and the required rack force are relatively low and thus solely from the main hydraulic pump 6th can be provided, so takes the changeover valve 13th the position "0" and the electric motor 11 is not operated. When a rack speed greater than the main hydraulic pump is required 6th can be generated, the switching valve 13th moved to position "1" and the electric motor 11 to drive the additional pump 10 put into operation. On the corresponding (through the steering valve 4th specific) side of the power steering cylinder 3c those from the main hydraulic pump then add up 6th and the auxiliary pump 10 provided hydraulic volumes. A correspondingly high steering speed, which requires such a high rack speed, can be achieved with the aid of a conventional motor vehicle, 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 Zahnstangen-Kräfte werden zunächst nur im Stand beim Parkieren des Kraftfahrzeugs benötigt, sowie dann, wenn die Lenkung sehr weit eingeschlagen 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.Position "2" of the switching valve 13th is started when higher rack forces are required than the main hydraulic pump 6th can be achieved alone. Of course, this will also be the additional pump 10 driving electric motor 11 operated. Correspondingly high rack forces are initially only required when the vehicle is parked at a standstill, and when the steering is turned very far. As the steering angle increases, due to the kinematic conditions, the rack force increases progressively, as is known, and reaches its maximum shortly before the end stop. In these cases the auxiliary pump is used 10 Via the second suction line 16z ″ on the suction side with the pressure side of the main hydraulic pump 6th connected, where, for example, due to a parking process, there is already a very high pre-pressure. The additional pump 10 only needs to generate a differential pressure, and in particular that which is required to operate the steering up to the mechanical stop. A signal for the use of the additional pump 10 for this case, it 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 a short operating time of the additional pump 10 can rely on a power or speed control of the electric motor 11 be waived. Excess delivery volume of the additional pump 10 can easily be done via the steering valve 4th into the hydraulic reservoir 7th while the maximum pressure is analogous to the basic supply (ie according to 9 without additional system Z) can be regulated by a pressure relief valve (not shown in the figure). To control the additional activity, no other sensors are required beyond the sensors mentioned. The accuracy on the basis of the known signals is completely sufficient for a power overlay. Particular sensitivity is not required, as the interventions take place far outside 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 electrical power required, the proposed system can be integrated into a standard electrical system without any problems. Elaborate measures to stabilize the same are not required. A failure of the additional system Z (additional pump 10 with electric motor 11 and switching valve 13th ) poses no problem for the driver of the motor vehicle. Such a failure can be detected and can be displayed as a warning. It is possible to continue driving without changing the steering feel. Only when parking and with highly dynamic steering movements would the driver then feel increases in the steering torque to be provided.

Vorteilhafterweise kann das hier vorgeschlagene Zusatzsystem (Zusatzpumpe 10 mit Elektromotor 11 und Umschaltventil 13) auch als alleinige Versorgung der Servolenkung bei stillstehendem Fahrzeug- 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.The additional system proposed here (additional pump 10 with electric motor 11 and switching valve 13th ) also as the sole supply of the power steering when the vehicle drive unit is at a standstill 5 can be used (with position "1" of the switching valve 13th ), whereby it should be noted, however, that the running times of the electric motor 11 and additional pump 10 Can extend considerably and that a regulation of the electric motor 11 would then be sensible in principle, for which, however, additional sensors are 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 Fahrzeug-Antriebsaggregat 5 zu übertragende Antriebsleistung sowie das zu übertragende Moment sinkt ebenso wie die Anforderungen an bzw. die Einflussnahme auf das Fahrzeug-Antriebsaggregat 5. Es kann auch bei stillstehendem Fahrzeug-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 hydraulic system proposed here is characterized by the following advantages: The power loss of the basic system (ie without the proposed additional system) is at least halved in the design chosen here. The heating of the hydraulic medium is less, which is why complex cooling measures can be dispensed with. Those in a gearbox between the main hydraulic pump 6th and the vehicle drive unit that drives them 5 The drive power to be transmitted and the torque to be transmitted decrease, as does the demands on or influence on the vehicle drive unit 5 . It can also be used when the vehicle drive unit is at a standstill 5 and thus the main hydraulic pump at a standstill 6th power assistance (albeit reduced) can be provided. The power requirement of the proposed additional system is relatively low, which has a positive effect on costs, weight and installation volume. The runtimes of the additional system are also short, which is why inexpensive components can be used. This additional system can easily be integrated into the standard electrical system of a motor vehicle without additional measures. By reducing the pump pressure of the main hydraulic pump 6th This results in simplifications in the pump design and thus cost reductions; furthermore, the sealing friction of the pump can be reduced, which in turn reduces its drag power. Finally, at least with the arrangement shown, the expansion hose 9 burdened with a significantly lower pressure. This has a positive effect on the noise development of the basic system, the pressure drop in the stretch hose and, as a result, on the complexity and costs of the stretch hose.

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 6th and additional pump 10 ) to each other within wide limits, whereby the most favorable design depends on the individual case. It should also be mentioned again that the proposed principle is not limited to use on a servo-steering system of a motor vehicle, but can also be used in other hydraulic systems, in particular those that work according to the so-called open center principle; how a large number of details can be designed in a way that deviates from the above explanations without departing from the content of the claims.

Claims

Hydraulic system for supplying an actuator in a motor vehicle with a main hydraulic pump (6) mechanically driven by the vehicle drive unit (5) and with an additional pump (10) and with a hydraulic reservoir (7) for supplying the main hydraulic pump (6) or the main hydraulic pump (6) and the additional pump (10), characterized in that a suction side of the auxiliary pump (10) can also be connected to a pressure side of the main hydraulic pump (6), comprising a switch valve (13) for optionally connecting the suction side of the auxiliary pump (10) either to the hydraulic reservoir (7) or to the pressure side of the main -Hydraulic pump (6).

Hydraulic system according to Claim 1 , characterized in that the additional pump (10) is dimensioned in such a way that with the aid of it in parallel connection to the main hydraulic pump (6) and thus in the state sucked in from the hydraulic reservoir (7), a maximum required delivery rate of hydraulic medium can be provided, while in series connection to the main hydraulic pump (6) and thus a maximum required delivery pressure of the hydraulic medium can be provided in the condition sucking in from the pressure side.