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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung für Fahrzeuge,
insbesondere Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik bekannte Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge,
sind in der Regel mit hydraulischen oder elektrohydraulischen Servolenkungen
ausgestattet, welche im Folgenden als hydraulische Servolenkungen
bezeichnet werden. Die Servounterstützung ist derart aufgebaut,
dass im Mittelbereich des Lenkmechanismus Aktuatoren, z. B. Hydraulikzylinder,
angeordnet sind. Durch eine von den Aktuatoren erzeugte Kraft wird
die Betätigung
des Lenkmechanismus in Reaktion auf die Drehung des Lenkrads unterstützt. Die
zum Lenken vom Fahrer aufzubringende Kraft wird so verringert und der
Fahrer bei der Lenktätigkeit
entlastet.
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Es
ist bekannt, die Unterstützung
oder die Verstärkung
der Lenkung geschwindigkeitsabhängig oder
anhand von anderen Parametern auszulegen. Beispielsweise ist bei
niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, wie sie für das Einparken oder Ausparken typisch
sind, eine sehr leichtgängige
Lenkung mit einer großen
Momentenunterstützung
wünschenswert, während bei
schnellerer Fahrt eine Lenkung mit geringerer Momentenunterstützung zu
bevorzugen ist.
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Bekannt
ist dabei, dass Handmomentensteller das vom Fahrer aufgebrachte
Lenkmoment überlagern.
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Die
gattungsgemäße Schrift
zeigt eine hydraulische Servolenkung mit einem Hydraulikzylinder zur
Erzeugung eines Lenkmoments zur Unterstützung einer Lenkradbetätigung eines
Fahrers des Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeuges. Dabei
sind Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments vorgesehen.
Die Mittel sollen dabei fahrerunabhängig wirken und sind einer
elektronischen Steuerungs- und
Regelungseinheit (ECU) zugeordnet.
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Das
Zusatz-Lenkmoment kann gemäß der
DE 10 2004 060 053
A1 über
einen elektromechanischen, elektromagnetischen oder hydraulischen
Aktuator, vorzugsweise über
einen Elektromotor, erzeugt werden. Der Elektromotor kann dabei
das Zusatz-Lenkmoment aktiv auf die Lenkstange aufbringen. Es soll
dabei die Möglichkeit
bestehen, das Moment dem konstruktiv vorgegebenen Lenkradmoment
aufzuaddieren oder es von ihm abzuziehen. Vorgesehen ist ebenfalls
die Erzeugung eines Moments, mit dem ein Lenkwinkeleingriff in Form
einer Lenkwinkelempfehlung für
den Fahrer erfolgt. Darüber
hinaus soll somit auch ein autonomes Fahren, insbesondere ein selbständiger Einparkvorgang,
ermöglicht
werden.
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Von
Nachteil bei der gattungsgemäßen Schrift
ist, dass zusätzlich
zu dem Elektromotor auch ein Übersetzungsgetriebe
notwendig ist, damit das Zusatz-Lenkmoment auf die Lenkstange aufgebracht werden
kann. Die Servolenkung ist daher teuer und benötigt einen entsprechenden Bauraum.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik ist es ferner bekannt, dass der
Elektromotor sein Drehmoment direkt an die Lenksäule abgibt, auch diese Lösung macht
den Einsatz eines Übersetzungsgetriebes
notwendig und verursacht einen entsprechenden Platzbedarf in der
Lenksäule.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik ist es ferner bekannt, anstelle
eines Elektromotors zur Erzeugung eines Zusatz-Lenkmoments ein spezielles
Lenkventil einzusetzen. Das Lenkventil weist dabei eine ergänzende hydraulische
Einrichtung auf, die bei einem hydraulischen Eingriff den Regelstab des
Lenkventils zusätzlich
zum Handmoment verdreht. Von Nachteil hierbei ist, dass diese Lösung ein spezielles
Lenkventil erfordert, welches einerseits teuer ist und andererseits
eine Nachrüstung
aufwändig
bzw. unmöglich
macht.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische
Servolenkung zu schaffen, die die Nachteile des vorgenannten Standes
der Technik löst,
insbesondere in einfacher und kostengünstiger Weise die Aufbringung
eines Zusatz-Lenkmoments ermöglicht,
wobei die Lösung auch
zur Nachrüstung
bestehender hydraulischer Servolenkungen geeignet sein soll.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch
1 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung werden
die Nachteile der beiden grundsätzlich
bisher bekannten Lösungen,
die entweder den Einsatz eines Elektromotors oder den Einsatz eines
speziellen Lenkventils vorgesehen hatten, vermieden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es,
das vollständig auf
einen Elektromotor verzichtet werden kann, wodurch ebenfalls ein
Untersetzungsgetriebe und der hierfür notwendige Platz entfällt. Dadurch,
dass die Mittel unabhängig
von dem Lenkventil ausgebildet und angeordnet sind, können weiterhin
die herkömmlichen
Lenkventile unverändert
eingesetzt werden. Es ist lediglich notwendig, die Mittel zur Aufbringung des
Zusatz-Lenkmomentes derart anzuordnen bzw. auszubilden, dass diese
einen – gegenüber dem
von dem Lenkventil erzeugten Druck – überlagerten Druck in den Arbeitskammern
des hydraulischen Aktuators erzeugen können. Hierzu sind verschiedene Ausgestaltungen
denkbar. Durch die von dem Lenkventil unabhängige Ausbildung der Mittel
können
gattungsgemäße hydraulische
Servolenkungen einfach umgebaut bzw. serienmäßig mit den erfindungsgemäßen Mitteln
versehen werden.
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Die
Erfindung ermöglicht
es, unabhängig
von dem Lenkventil ein Zusatz-Lenkmoment
aufzubringen bzw. einen Druck in den Arbeitskammern des hydraulischen
Aktuators zu erzeugen.
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In
einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Mittel als Ventil ausgebildet sind. Vorzugsweise
ist dabei für jede
Arbeitskammer des hydraulischen Aktuators ein Ventil vorgesehen. Über die
zusätzlichen
Ventile kann ein überlagerter
Druck in der entsprechenden Arbeitskammer des hydraulischen Aktuators
erzeugt werden. Der Druck in dem hydraulischen Aktuator wird somit
von extern ansteuerbaren Ventilen und bei Bedarf zusätzlich zu
dem vom Lenkventil erzeugten Druck aufgebaut.
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Von
Vorteil ist es, wenn die Ventile über Leitungen an Anschlussleitungen
angeschlossen sind, welche von dem Lenkventil zu den Arbeitskammern führen. Dadurch
wird erreicht, dass das Zusatz-Lenkmoment bzw. der überlagerte
Druck in einfacher Weise in den entsprechenden Arbeitskammern aufgebaut
werden kann, ohne dass weitere konstruktive Änderungen notwendig sind.
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Erfindungsgemäß kann ferner
vorgesehen sein, dass die Ventile in einen Druckmittelkreislauf, welcher über das
Lenkventil ebenfalls die Arbeitskammern des hydraulischen Aktuators
versorgt, integriert sind.
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Dies
hat zum Vorteil, dass lediglich ein Druckmittelkreislauf mit den üblichen
Komponenten, wie z. B. einer Druckmittelpumpe, einem Druckmittelbehälter und
entsprechenden Leitungen, vorgesehen sein muss.
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Die
Ventile können
alternativ zu der Anbindung mittels separater Leitungen auch direkt
in die Anschlussleitungen integriert sein, dies kann beispielsweise über eine
Nebenstromschaltung realisiert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften und alternativen Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass die Mittel als Elektropumpe ausgebildet
sind. Von Vorteil ist es dabei, wenn in den Anschlussleitungen, welche
von dem Lenkventil zu den Arbeitskammern des hydraulischen Aktuators
führen,
jeweils eine Elektropumpe angeordnet ist. Somit kann der durch das
Lenkventil in den Arbeitskammern erzeugte Druck mittels zwei, vorzugsweise
kleinen Elektropumpen, überlagert
werden.
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Von
Vorteil ist es, wenn den Mitteln eine elektronische Steuerungs-
und Regelungseinheit (ECU) zugeordnet ist.
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Durch
die elektronische Steuerungs- und Regelungseinheit können in
einfacher Weise fahrerunabhängige
Zusatz-Lenkmomente ausgebildet werden. Die Steuerungs- und Regelungseinheit
kann dabei vorzugsweise einen oder mehrere Parameter, wie z. B.
die Fahrgeschwindigkeit, die Lenkgeschwindigkeit, die Gier-Geschwindigkeit,
den Beladungszustand, die Motordrehzahl, ESP-Signale, ABS-Signale,
den Lenkwinkel, den Fahrspurverlauf und weitere fahrerindividuelle
Einstellungen verarbeiten.
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Die
Steuerung und Regelung der Mittel zur Aufbringung des Zusatz-Lenkmoments kann
sowohl fahrerabhängig
als auch fahrerunabhängig
erfolgen. Die notwendigen Eingangssignale, insbesondere auch den
aktuellen längs-
und/oder querdynamischen Zustand des Fahrzeugs beschreibende Eingangssignale,
können
entweder im Fahrzeug direkt sensorisch erfasst oder aus Sensorgrößen indirekt ermittelt
werden. In modernen Fahrzeugen sind bereits viele solcher Eingangsgrößen auf
einem Fahrzeug-Datenbus verfügbar.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung kann auf
besonders kostengünstige
Weise der Fahrkomfort erhöht
werden. Beispielsweise können
Störgrößen gezielt
unterdrückt
werden. Der Geradeauslauf des Fahrzeugs kann verbessert und von
den Rädern bis
zum Lenkrad übertragene
Störmomente,
z. B. aufgrund von Unebenheiten der Fahrbahn, können verringert werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Nachfolgend
ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäße hydraulischen Servolenkung,
wobei die Mittel zur Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments als Ventile ausgebildet
sind; und
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2 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen hydraulischen Servolenkung
in einer zweiten Ausführungen,
wobei die Mittel zur Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments als Ventile
ausgebildet und mittels einer Nebenstromschaltung in Anschlussleitungen
integriert sind, welche von dem Lenkventil zu den Arbeitskammern
des hydraulischen Aktuators führen.
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Hydraulische
Servolenkungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits
hinlänglich bekannt,
wobei auf die
DE
10 2004 060 053 A1 und die
DE 10 2004 035 094 A1 verwiesen
wird, weshalb nachfolgend lediglich auf die erfindungsgemäß relevanten
Merkmale näher
eingegangen wird.
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Die
Figuren zeigen eine hydraulische Servolenkung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge.
Im Ausführungsbeispiel
ist eine hydraulische Servolenkung für Personenkraftwagen dargestellt.
Die hydraulische Servolenkung weist eine Lenkhandhabe in Form eine
Lenkrades 1 auf, welches über eine nicht näher dargestellte
Lenksäule
mit der Eingangsseite eines Lenkventils 2 verbunden ist.
Die Ausgangsseite des Lenkventils 2 steht dabei in bekannter
Weise über
ein Antriebsritzel 3 mit einer Zahnstange 4 in
Wirkverbindung. Der vom Fahrer mittels dem Lenkrad 1 vorgegebene
Lenkwunsch führt
in bekannter Weise zu einer Verdrehung bzw. andersweitigen Verstellung
des Lenkventiles 2, je nach dessen Ausgestaltung, wodurch
zur Unterstützung
der vom Fahrer vorgegebenen Lenkbewegung Druckmittel aus einem Druckmittelkreislauf 5 zu
Arbeitskammern 6 eines hydraulischen Aktuators 7 geleitet
und somit ein Lenkmoment erzeugt wird. Der hydraulische Aktuator 7,
im Ausführungsbeispiel
ein Hydraulikzylinder, ist in ebenfalls bekannter Weise mit der
Zahnstange 4 zum Auslenken von Rädern (im Ausführungsbeispiel
nicht dargestellt) verbunden. Die Beaufschlagung der Arbeitskammern 6 des
Hydraulikzylinders 7 zur Unterstützung des Lenkwunsches des Fahrers
ist aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt.
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Bei
dem Lenkventil 2 handelt es sich im Ausführungsbeispiel
um ein Drehschieberventil, dessen nicht näher dargestellter Aufbau aus
dem allgemeinen Stand der Technik ebenfalls hinlänglich bekannt ist. Prinzipiell
können
aber auch andere aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte
Lenkventile eingesetzt werden, die geeignet sind, von einem Fahrer
manuell betätigt
zu werden.
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Der
Druckmittelkreislauf 5 weist im Ausführungsbeispiel in ebenfalls
bekannter Weise eine Druckmittelpumpe 8 sowie einen Druckmittelbehälter 9 und
Leitungen 10 auf. Das Lenkventil 2 ist über jeweils
eine Anschlussleitung 11, die ebenfalls dem Druckmittelkreislauf 5 zugehörig ist,
mit den Arbeitskammern 6 des Hydraulikzylinders 7 verbunden.
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Erfindungsgemäß sind Mittel 12 zur
Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments
unabhängig
von dem Lenkventil 2 ausgebildet und angeordnet. Die Mittel 12 zur
Aufbringung des Zusatz-Lenkmoments erzeugen in den Arbeitskammern 6 zu
dem von dem Lenkventil 2 erzeugten Druck einen überlagerten Druck.
Den Mitteln 12 ist im Ausführungsbeispiel dabei eine elektronische
Steuerungs- und Regelungseinheit (ECU) 13 zugeordnet. Der
zusätzliche
Druck in den Arbeitskammern 6 kann somit unabhängig von dem
Lenkventil 2, gesteuert durch die elektronische Steuerungs-
und Regelungseinheit 13, aufgebaut werden. Im Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass die Mittel 12 zur Aufbringung eines
fahrerunabhängigen
Zusatz-Lenkmoments ausgebildet sind.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
dass die Mittel als Drossel bzw. Ventile 12 ausgebildet
sind, wobei jeweils ein Ventil 12 einer Arbeitskammer 6 zugeordnet
ist. Bei Bedarf kann somit über
die Ventile 12 ein zusätzlicher Druck
in der jeweils zugeordneten Arbeitskammer 6 zusätzlich zu
dem Druck, der aus der Stellung des Lenkventils 2 resultiert,
aufgebaut werden. Die Ventile 12 sind dabei in den Druckmittelkreislauf 5 integriert.
Gemäß der in 1 dargestellten
Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Ventile 12 über Leitungen 14 an
den Anschlussleitungen 11, die zu den jeweiligen Arbeitskammern 6 führen, angeschlossen
sind.
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Anhand
vorgegebener Parameter kann somit gesteuert und geregelt durch die
elektronische Steuerungs- und Regelungseinheit 13 ein definierter Querschnitt
der Ventile 12 geöffnet
und somit ein definierter zusätzlicher
Druck in die entsprechende Arbeitskammer 6 eingeleitet
werden.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform zeigt eine besonders
kostengünstige
Variante.
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Gemäß der in 2 dargestellten
Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Mittel als Drossel bzw. Ventil 12 ausgebildet
und in den Anschlussleitungen 11 angeordnet sind. Vorgesehen
ist dabei eine Nebenstromschaltung. Jeweils ein Ventil 12 ist in
einer zu einer Arbeitskammer 6 führenden Anschlussleitung 11 angeordnet.
Die Ventile 12 sind somit ebenfalls in den Druckmittelkreislauf 5 integriert. Den
Ventilen 12 ist eine elektronische Steuerungs- und Regelungseinheit 13 (analog
zu 1) zugeordnet. Die elektronische Steuerungs- und
Regelungseinheit 13 steuert und regelt somit den Öffnungsquerschnitt
der Ventile 12, damit diese anhand von ausgewählten Parametern
einen zusätzlichen
Druck in den jeweils zugeordneten Arbeitskammern 6 aufbauen können.
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Die
elektronische Steuerungs- und Regelungseinheit 13 gemäß den in
den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen
dient ebenfalls zur Steuerung bzw. Regelung des Lenkventiles 2.
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Anstelle
der Ventile 12 können
in der in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform auch
Elektropumpen eingesetzt werden. Deren Leistung kann analog über die
Steuerungs- und Regelungseinheit 13 gesteuert werden.
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- 1
- Lenkrad
- 2
- Lenkventil
- 3
- Antriebsritzel
- 4
- Zahnstange
- 5
- Druckmittelkreislauf
- 6
- Arbeitskammern
- 7
- hydraulischer
Aktuator
- 8
- Druckmittelpumpe
- 9
- Druckmittelbehälter
- 10
- Leitungen
- 11
- Anschlussleitung
- 12
- Mittel
zur Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments
- 13
- Steuerungs-
und Regelungseinheit (ECU)
- 14
- Leitungen