DE102007044430A1

DE102007044430A1 - Elektrohydraulische Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102007044430A1
Application number: DE102007044430A
Authority: DE
Inventors: Otto Ebner; Christoph Dr. Rüchardt; Reiner Keller; Martin Rossmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-03-19
Also published as: WO2009037169A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Stellvorrichtung, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors (3) antreibbaren Stellkraftgeber (4.1) sowie mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder (6) mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume (7, 8) trennenden Stellkolben (9) ausgebildeten Stellkraftnehmer (5), wobei der Stellkolben (9) mit einem wechselweise in entg12, 13) verbunden ist, und bei dem durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes (7, 8) sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraumes (8, 7) eine Betätigungskraft (26, 27) des Stellelementes (12, 13) in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt. Zur Erzielung verbesserter Steuerungseigenschaften ist vorgesehen, dass der Stellkraftgeber (4.1) als ein doppeltwirkender Druckzylinder (19) ausgebildet ist, in dem ein über ein Spindelgetriebe (20) mit dem Elektromotor (3) verbundener Kolben (21) axialbeweglich geführt ist und axial beidseitig jeweils einen Druckraum (22; 23) begrenzt, die über jeweils eine Hydraulikleitung (24; 25) mit jeweils einem anderen Druckraum (7; 8) des Stellkraftnehmers (5) in Verbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine elektrohydraulische Stellvorrichtung, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors antreibbaren Stellkraftgeber sowie mit einem als doppeltwirkenden Stellzylinder mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume trennenden Stellkolben ausgebildeten Stellkraftnehmer, wobei der Stellkolben mit einem wechselweise in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Stellelement verbunden ist, und bei dem durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraumes eine Betätigungskraft des Stellelementes in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine elektrohydraulische Stellvorrichtung einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors antreibbaren Stellkraftgeber sowie mit einem als doppeltwirkenden Stellzylinder mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume trennenden Stellkolben ausgebildeten Stellkraftnehmer, wobei der Stellkolben mit einem in entgegengesetzten Richtungen beweglichen Lenkelement einer Fahrzeuglenkung verbunden ist, und bei dem durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraums sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraums eine auf die Fahrzeuglenkung wirksame Servostellkraft des Stellelementes in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt.
Elektrohydraulische Stellvorrichtungen mit wechselweise entgegengerichteter Betätigungsrichtung werden bevorzugt in Kraftfahrzeugen genutzt, beispielsweise zur Servounterstützung einer Vorderachslenkung, zur Betätigung einer Hinterachslenkung und/oder zum Öffnen und Schließen eines Cabrioverdecks; sie können jedoch auch in anderen technischen Einrichtungen und Anlagen zur Anwendung kommen. Insbesondere für die Servounterstützung von Fahrzeuglenkungen sind elektrohydraulische Stellvorrichtungen besonders geeignet, da sie außer kompakten Abmessungen und einer hohen Energiedichte allgemein gute Steuerungseigenschaften aufweisen, also gut dosierbare Stellkräfte zur Unterstützung der von einem Fahrer manuell vorgenommenen Lenkausschläge und Lenkkräfte ermöglichen.
Der Stellkraftgeber einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung ist üblicherweise als eine Hydraulikpumpe ausgebildet, die bei einem Antrieb durch den Elektromotor ein Druckmittel (Hydrauliköl) aus einer ersten Leitung ansaugt und mit einem mit der Drehzahl des Elektromotors ansteigenden Druck in eine zweite Leitung fördert. Zum Wechsel der Bewegungs- oder Kraftrichtung des Stellkraftnehmers kann die Zuordnung der beiden Leitungen zu den beiden Druckräumen des Stellzylinders über ein Steuerventil variabel geschehen, oder bei einer festen Zuordnung der beiden Leitungen über eine Umkehr der Drehrichtung des Elektromotors erfolgen.
So ist aus der US 4,499,964 A eine elektrohydraulische Stellvorrichtung einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der ein als Hydraulikpumpe ausgebildeter Stellkraftgeber von einem in einer einzigen Drehrichtung rotierenden Elektromotor angetrieben wird. Zur lenkrichtungsabhängigen Servounterstützung der Fahrzeuglenkung stehen eine Druckleitung und eine Rückströmleitung einerseits mit der Hydraulikpumpe und andererseits mit einem Lenkventil in Verbindung. Das Lenkventil steht derart mit einer Lenksäule in Wirkverbindung, dass die Druckleitung und die Rückströmleitung entsprechend dem Lenkeinschlag eines an der Lenksäule befestigten Lenkrades wechselweise mit den beiden Druckräumen des als doppeltwirkender Stellzylinder ausgebildeten Stellkraftnehmers verbindbar ist, dessen Stellkolben über eine Kolbenstange mit einer Lenkgetriebestange der Fahrzeuglenkung in Stellverbindung steht. Zur geschwindigkeitsabhängigen Änderung der Stärke der Servounterstützung der Fahrzeuglenkung ist vorgesehen, die Höhe des elektrischen Stroms des Elektromotors und damit die Höhe der auf den Stellkolben wirksamen Druckdifferenz in Abhängigkeit von der mittels eines Geschwindigkeits sensors erfassten Fahrgeschwindigkeit zu variieren. Nachteilig an dieser bekannten Stellvorrichtung ist der hohe apparative Aufwand, der insbesondere durch das relativ komplizierte Lenkventil bedingt ist, und das verzögerte Ansprechverhalten beim Stellkraftaufbau, das bauartbedingt durch den Anlaufvorgang der Hydraulikpumpe hervorgerufen wird.
Aus der DE 37 05 539 C2 ist eine weitere elektrohydraulische Stellvorrichtung einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der ein als Hydraulikpumpe ausgebildeter Stellkraftgeber von einem wechselweise in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen rotierenden Elektromotor angetrieben wird. Zwei Hydraulikleitungen, von denen abhängig von der Drehrichtung des Elektromotors eine die Druckleitung und die andere die Rückströmleitung bildet, stehen jeweils mit einem Druckraum des als doppeltwirkenden Stellzylinder ausgebildeten Stellkraftnehmers in Verbindung. Zur lenkrichtungsabhängigen Servounterstützung der Fahrzeuglenkung wird die Drehrichtung des Elektromotors entsprechend dem über einen Drehwinkelsensor erfassten Lenkeinschlag eines Lenkrades geschaltet. Zwischen den zylinderseitigen Abschnitten und den pumpenseitigen Abschnitten der beiden Hydraulikleitungen sind jeweils zwei entgegengesetzt sperrende Rückschlagventile angeordnet. Zudem ist zwischen den beiden zylinderseitigen Abschnitten ein druckgesteuertes Bypassventil angeordnet, dessen Steuerkolben endseitig von den Drücken der pumpenseitigen Abschnitte beaufschlagt wird und im kraftlosen Zustand durch zwei Rückstellfedern in einer Mittelstellung gehalten wird, in der die beiden zylinderseitigen Abschnitte über eine Öffnung in dem Steuerkolben hydraulisch miteinander verbunden sind. Hierdurch wirkt der Stellzylinder bei deaktivierter Servolenkung, also bei nicht angetriebener Hydraulikpumpe, als Lenkungsdämpfer. Nachteilig an dieser bekannten Stellvorrichtung ist der hohe apparative Aufwand, der insbesondere durch das relativ komplizierte Bypassventil und die Rückschlagventile gegeben ist, sowie das verzögerte Ansprechverhalten beim Stellkraftaufbau, das bauartbedingt durch den Anlaufvorgang der Hydraulikpumpe hervorgerufen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine allgemein verwendbare, vorzugsweise aber für eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs geeignete elektrohydraulische Stellvorrichtung vorzuschlagen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet, also bei möglichst einfachem und kostengünstigem Aufbau bessere Steuerungseigenschaften, insbesondere ein verbessertes Ansprechverhalten, aufweist.
Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich durch elektrohydraulische Stellvorrichtungen mit den Merkmalen der voneinander unabhängigen Ansprüche 1 bis 4, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung in den zugeordneten Unteransprüchen definiert sind.
Gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 geht die Erfindung daher zunächst aus von einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors antreibbaren Stellkraftgeber sowie mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume trennenden Stellkolben ausgebildeten Stellkraftnehmer, wobei der Stellkolben mit einem wechselweise in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Stellelement verbunden ist, und bei dem durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraumes eine Betätigungskraft des Stellelementes in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt. Gemäß der Erfindung ist zusätzlich vorgesehen, dass der Stellkraftgeber als ein doppeltwirkender Druckzylinder ausgebildet ist, in dem ein über ein Spindelgetriebe mit dem Elektromotor verbundener Kolben axialbeweglich geführt ist und axial beidseitig jeweils einen Druckraum begrenzt, die über jeweils eine Hydraulikleitung mit jeweils einem anderen Druckraum des Stellkraftnehmers in Verbindung stehen.
Eine davon unabhängige technische Lösung geht gemäß Anspruch 2 ebenfalls aus von einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors antreibbaren Stellkraftgeber sowie mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume trennenden Stehkolben ausgebildeten Stellkraftnehmer, wobei der Stellkolben mit einem wechselweise in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Stellelement verbunden ist, und bei dem durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraumes eine Betätigungskraft des Stellelementes in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt. Außerdem ist vorgesehen, dass der Stellkraftgeber zwei einfachwirkende Druckzylinder aufweist, die axial beidseitig des Elektromotors spiegelsymmetrisch angeordnet sind, deren Kolben über ein mit einer gemeinsamen Spindelwelle versehenes Spindelgetriebe mit dem Elektromotor verbundenen sind, und deren Druckräume jeweils über eine Hydraulikleitung mit einem anderen Druckraum des Stellkraftnehmers in Verbindung stehen.
Eine speziell auf die Verwendung einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung bei einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs gerichtete Lösung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 3 definiert. Demnach geht die Erfindung in diesem Fall aus von einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors antreibbaren Stellkraftgeber und mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume trennenden Stellkolben ausgebildeten Stellkraftnehmer, wobei der Stellkolben mit einem in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Lenkelement einer Fahrzeuglenkung verbunden ist und durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes und eine Druckentlastung des anderen Druckraumes eine auf die Fahrzeuglenkung wirksame Servostellkraft des Lenkelementes in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt. Außerdem ist vorgesehen, dass der Stellkraftgeber als ein doppeltwirkender Druckzylinder ausgebildet ist, in dem ein über ein Spindelgetriebe mit dem Elektromotor verbundener Kolben axialbeweglich geführt ist und axial beidseitig jeweils einen Druckraum be grenzt, die über jeweils eine Hydraulikleitung mit jeweils einem anderen Druckraum des Stellkraftnehmers in Verbindung stehen.
Eine dazu alternative Lösung der speziell auf die Verwendung einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung bei einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs bezogenen Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 4 beschrieben. Dabei geht die Erfindung aus von einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors antreibbaren Stellkraftgeber und mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume trennenden Stellkolben ausgebildeten Stellkraftnehmer, wobei der Stellkolben mit einem in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Lenkelement einer Fahrzeuglenkung verbunden ist und durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraumes eine auf die Fahrzeuglenkung wirksame Servostellkraft des Lenkelementes in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt. Außerdem ist vorgesehen, dass der Stellkraftgeber zwei einfachwirkende Druckzylinder umfasst, die axial beidseitig des Elektromotors spiegelsymmetrisch angeordnet sind, deren Kolben über ein mit einer gemeinsamen Spindelwelle versehenes Spindelgetriebe mit dem Elektromotor verbundenen sind, und deren Druckräume jeweils über eine Hydraulikleitung mit einem anderen Druckraum des Stellkraftnehmers in Verbindung stehen.
Die Erfindung geht demnach bei allen vier technischen Lösungen aus von einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung, beispielsweise einer elektrohydraulischen Stellvorrichtung einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, die einen mittels eines steuerbaren Elektromotors antreibbaren Stellkraftgeber und einen als doppeltwirkenden Stellzylinder mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume trennenden Stellkolben ausgebildeten Stellkraftnehmer aufweist, wobei der Stellkolben mit einem wechselweise in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Stellelement, beispielsweise einem Lenkelement einer Fahrzeuglenkung, verbunden ist, und bei der durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes und eine Druckentlastung des anderen Druckraumes eine Betätigungskraft des Stellelementes, beispielsweise eine auf die Fahrzeuglenkung wirksame Servostellkraft des Stellelementes, in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Stellkraftgebers als ein doppeltwirkender Druckzylinder, dessen Kolben über ein Spindelgetriebe von dem Elektromotor antreibbar ist, oder als zwei einfachwirkende Druckzylinder, deren Kolben mit entgegengesetzter Wirkrichtung über ein mit einer gemeinsamen Spindelwelle versehenes Spindelgetriebe von dem Elektromotor antreibbar sind, ergeben sich in Verbindung mit einem relativ einfachen Aufbau der Stelleinrichtung gute Steuerungseigenschaften zur Einstellung einer gewünschten Betätigungs- bzw. Servostellkraft. Durch die Erzeugung eines bestimmten Antriebsmomentes in dem Elektromotor wird der Kolben des Druckzylinders bzw. der Kolben des einen Druckzylinders über das Spindelgetriebe mit einer axialen Stellkraft in Richtung des einen Druckraums belastet, wodurch der Druck in diesem Druckraum ansteigt und Druckmittel über die zugeordnete Hydraulikleitung in den einen Druckraum des Stellkraftnehmers strömt. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben des Druckzylinders bzw. der Kolben des anderen Druckzylinders von dem anderen Druckraum weg, wodurch der Druck in diesem Druckraum absinkt und Druckmittel über die andere Hydraulikleitung aus dem anderen Druckraum des Stellkraftnehmers angesaugt wird. Durch die auf den Stellkolben des Stellkraftnehmers wirksame Druckdifferenz wird eine Stellkraft erzeugt, die auf das mit diesem verbundene Stellelement wirksam ist und z. B. bei Anwendung bei einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs als Servostellkraft zur Unterstützung eines manuell durchgeführten Lenkausschlags eines Lenkrades genutzt werden kann.
Durch eine Reduzierung des Antriebsmomentes des Elektromotors wird die auf den Stellkolben des Stellkraftnehmers wirksame Druckdifferenz verrin gert und bei einer Erhöhung des Antriebsmomentes entsprechend erhöht. Über das Antriebsmoment des Elektromotors, das sich proportional dem steuerbaren Laststrom des Elektromotors verhält, ist daher eine relativ exakte Einstellung der in dem Stellkraftnehmer wirksamen Stellkraft möglich. So erlaubt die erfindungsgemäße Stellvorrichtung bei einer Anwendung als Servolenkung eines Kraftfahrzeuges eine besonders feinfühlige Servounterstützung der Fahrzeuglenkung in Abhängigkeit mehrerer Betriebsparameter, wie etwa dem Lenkungswinkel, dem Lenkmoment und/oder der Fahrgeschwindigkeit.
Zwar ist auch aus der DE 36 03 065 C2 eine ähnliche Stellvorrichtung einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welcher der Stellkraftgeber als ein doppeltwirkender Druckzylinder ausgebildet ist. Bei dieser bekannten Stellvorrichtung ist jedoch eine elektromagnetische Verstellung des Kolbens in dem Stellkraftgeber vorgesehen. Demzufolge besteht der Kolben zumindest teilweise aus magnetischem oder magnetisierbarem Material und ist in dem Druckzylinder durch axial gegenüberliegend angeordnete Elektromagnete gegen die Rückstellkraft von zwei Zentrierfedern axial verschiebbar. Da die magnetisch übertragbaren Steuerkräfte stark wegabhängig sind, ist der Druckzylinder axial relativ kurz und weist einen vergleichsweise großen Durchmesser auf. Der daraus resultierende kurze Stellwegbereich des Kolbens führt aber in Verbindung mit einer reibungsbedingten Hysterese nachteilig zu einer relativ ungenauen Steuerbarkeit der auf den Stellkolben des Stellkraftnehmers wirksamen Druckdifferenz. Die Servostellkraft dieser bekannten Servolenkung ist daher deutlich schlechter dosierbar als bei den Ausführungen der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung.
Um eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung bedarfsweise unter Beibehaltung der Beweglichkeit des mit dem Stellkolben verbundenen Stellelementes außer Betrieb nehmen zu können, ist zweckmäßig zwischen den beiden Hydraulikleitungen ein Bypassventil angeordnet, das im unbetätigten Ruhezustand geöffnet ist. Besonders bei einer Anwendung als Servolenkung kann durch das Öffnen des Bypassventils die Servounterstützung der Fahrzeuglenkung um die Mittellage des Lenkrades und bei hoher Fahrgeschwindigkeit völlig abgestellt werden, ohne dass die Fahrzeuglenkung durch das in den beiden Druckräumen des Stellkraftnehmers befindliche Druckmittel behindert wird. Ebenso ist im Störungsfall, der allgemein zu einem Ausfall der auf das Bypassventil wirksamen Steuerkraft führt, die Betätigung der Fahrzeuglenkung, wenn auch mit erhöhtem Kraftaufwand, weiterhin möglich, da das in dem Stellkraftnehmer befindliche Druckmittel über das offene Bypassventil von dem einen Druckraum in den anderen Druckraum strömen kann.
Das Bypassventil ist bevorzugt als ein 2/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildet, dessen Steuerkolben in der stromlosen Ruhestellung eine Verbindung der beiden Hydraulikleitungen freigibt und in der bestromten Betätigungsstellung die Verbindung der beiden Hydraulikleitungen sperrt. Ein Magnetschaltventil ist bei hoher Funktionssicherheit besonders kostengünstig verfügbar und einfach ansteuerbar.
Zur Erzielung guter Steuerungseigenschaften der Stellvorrichtung ist das Spindelgetriebe bevorzugt als ein Kugelumlauf-Schraubspindelgetriebe ausgebildet. Ein derartiges Spindelgetriebe ist besonders spielfrei und widerstandsarm, so dass sich dadurch ein besonders exakter und hysteresearmer Zusammenhang zwischen dem Drehmoment des Elektromotors und der auf den Stellkolben des Stellkraftnehmers wirksamen Druckdifferenz ergibt.
Der zum Antrieb des Kolbens des Stellkraftgebers verwendete Elektromotor ist bevorzugt als ein elektronisch kommutierender bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet, da diese Elektromotorbauart besonders exakt steuerbar ist und aufgrund eines weitgehend verschleißfreien Betriebs eine hohe Lebensdauer aufweist.
Zur Erzielung eines geringen Bauraumbedarfs und geringer Herstellungskosten sind die Bauteile der Stellvorrichtung, also der Elektromotor, der Stellkraftgeber, der Stellkraftnehmer, die Hydraulikleitungen und das Bypassventil, vorteilhaft in einem gemeinsamen, vormontierbaren Stellmodul zusammengefasst.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Stellvorrichtung in einer schematischen Darstellung, und
2 eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Stellvorrichtung ebenfalls in schematischer Darstellung.
In der ersten Ausführungsform eines in 1 gezeigten Anwendungsbeispiels weist eine Servolenkung 1.1 eines Kraftfahrzeugs eine elektrohydraulische Stellvorrichtung 2.1 auf, die im wesentlichen aus einem mittels eines steuerbaren Elektromotors 3 antreibbaren Stellkraftgeber 4.1 und einem als doppeltwirkender Stellzylinder 6 mit einem darin axialbeweglich angeordneten sowie zwei Druckräume 7, 8 trennenden Stellkolben 9 ausgebildeten Stellkraftnehmer 5 besteht. Der Stellkolben 9 ist axial beidseitig über jeweils eine Lenkstange 10, 11 und jeweils einen Lenkhebel 12, 13 mit lenkbaren Rädern 14, 15 einer Vorderachse gelenkig verbunden. Ein von einem Fahrer betätigbares Lenkrad 16 steht über eine Lenksäule 17 und ein Lenkgetriebe 18 mit einer der Lenkstangen 10, 11 derart in Stellverbindung, dass eine Drehung des Lenkrades 16 zu einem Lenkeinschlag der Räder 14, 15 in die gewünschte Richtung führt.
Der Stellkraftgeber 4.1 ist als ein doppeltwirkender Druckzylinder 19 ausgebildet, in dem ein über ein Spindelgetriebe 20 mit dem Elektromotor 3 verbundener Kolben 21 axialbeweglich geführt ist. Dieser Kolben 21 begrenzt axial beidseitig jeweils einen Druckraum 22 bzw. 23, die über jeweils eine Hydraulikleitung 24 bzw. 25 mit jeweils einem anderen Druckraum 7, 8 des Stellkraftnehmers 5 in Verbindung stehen.
Durch die Erzeugung eines bestimmten Antriebsmomentes in dem Elektromotor 3 wird der Kolben 21 des Druckzylinders 19 über das Spindelgetriebe 20 mit einer axialen Stellkraft in Richtung des einen Druckraumes 22 belastet, wodurch der Druck in diesem Druckraum 22 ansteigt und Druckmittel über die zugeordnete Hydraulikleitung 24 in den einen Druckraum 7 des Stellkraftnehmers 5 strömt. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben 21 des Druckzylinders 19 von dem anderen Druckraum 23 weg, wodurch der Druck in diesem Druckraum 23 absinkt und Druckmittel über die andere Hydraulikleitung 25 aus dem anderen Druckraum 8 des Stellkraftnehmers 5 angesaugt wird. Durch die auf den Stellkolben 9 des Stellkraftnehmers 5 wirksame Druckdifferenz wird eine Servostellkraft 26 erzeugt, die über die beiden Lenkstangen 10, 11 auf die beiden Lenkhebel 12, 13 wirksam ist. Durch eine entgegengesetzte Drehrichtung des Elektromotors 3 ergibt sich entsprechend eine entgegengesetzte Servostellkraft 27 auf die Lenkstangen 10, 11 bzw. auf die Lenkhebel 12, 13.
Zur Erzeugung einer geeigneten Servounterstützung der Fahrzeuglenkung, bei der die Servostellkraft 26, 27 entsprechend der Lenkrichtung des Lenkrades 16 wirkt sowie mit zunehmendem Lenkwinkel des Lenkrades 16 und der von dem Fahrer aufgebrachten Lenkkraft ansteigt sowie mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abnimmt, sind ein Drehwinkelsensor 28 und ein Drehmomentsensor 29 an der Lenksäule 17 angeordnet, sowie ein Geschwindigkeitssensor 30 zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit vorgesehen. Die Signale dieser Sensoren 28, 29, 30 werden über Sensorleitungen 31 einem elektronischen Steuergerät 32 zugeleitet und dort zur Einstellung eines Laststrom verarbeitet, der über elektrische Versorgungsleitungen 33 dem Elektromotor 3 zugeleitet wird, so dass dieser den Kolben 21 des Stellkraftgebers 4.1 in gewünschter Weise antreibt. Zur Erzielung einer besonders feinfühligen Servounterstützung der Fahrzeuglenkung ist der Elektromotor 3 bevorzugt als ein elektronisch kommutierender bürstenloser Gleichstrommotor und das Spindelgetriebe 20 vorteilhaft als ein Kugelumlauf-Schraubspindelgetriebe ausgebildet.
Zwischen den beiden Hydraulikleitungen 24 und 25 ist ein elektrisch betätigbares Bypassventil 34 angeordnet, das über eine elektrische Steuerleitung 35 von dem Steuergerät 32 ansteuerbar und im unbetätigten Ruhezustand geöffnet ist. Hierdurch wird zur Vermeidung einer Blockierung der Fahrzeuglenkung, z. B. bei nicht benötigter Servounterstützung oder beim Auftreten einer Störung, vorteilhaft keine elektrische Energie benötigt. Das Bypassventil 34 ist vorliegend als ein 2/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildet, dessen Steuerkolben in der stromlosen Ruhestellung eine Verbindung der beiden Hydraulikleitungen 24 und 25 freigibt und in der bestromten Betätigungsstellung die Verbindung zwischen diesen beiden Hydraulikleitungen 24, 25 sperrt.
In einer zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 weist eine Servolenkung 1.2 eines Kraftfahrzeugs ebenfalls eine elektrohydraulische Stellvorrichtung 2.2 auf, die im wesentlichen aus einem mittels eines steuerbaren Elektromotors 3 antreibbaren Stellkraftgeber 4.2 und einem als doppeltwirkender Stellzylinder 6 mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume 7, 8 trennenden Stellkolben 9 ausgebildeten Stellkraftnehmer 5 besteht. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform gemäß 1 ist der Stellkraftgeber 4.2 nunmehr durch zwei einfachwirkende Druckzylinder 36, 37 gebildet, die axial beidseitig des Elektromotors 3 spiegelsymmetrisch angeordnet sind, deren Kolben 38, 39 über ein mit einer gemeinsamen Spindelwelle versehenes Spindelgetriebe 40 mit dem Elektromotor 3 verbundenen sind, und deren Druckräume 41, 42 jeweils über eine Hydraulikleitung 24, 25 mit einem anderen Druckraum 22, 23 des Stellkraftnehmers 5 in Verbindung stehen.
Durch die Erzeugung eines bestimmten Antriebsmomentes in dem Elektromotor 3 wird der Kolben 38 des einen Druckzylinders 36 über das Spindelgetriebe 40 mit einer axialen Stellkraft in Richtung seines Druckraums 41 belastet, wodurch der Druck in diesem Druckraum 41 ansteigt und Druckmittel über die zugeordnete Hydraulikleitung 24 in den einen Druckraum 7 des Stellkraftnehmers 5 strömt. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben 39 des anderen Druckzylinders 37 von dessen Druckraum 42 weg, wodurch der Druck in diesem Druckraum 42 absinkt und Druckmittel über die andere Hydraulikleitung 25 aus dem anderen Druckraum 8 des Stellkraftnehmers 5 angesaugt wird. Die auf den Stellkolben 9 des Stellkraftnehmers 5 wirksame Druckdifferenz wirkt in bekannter Weise als Servostellkraft 26 auf die beiden Lenkhebel 12, 13 und ist durch eine entgegengesetzte Drehrichtung des Elektromotors 3 in ihrer Wirkrichtung umkehrbar (Servostellkraft 27). Die Wirkungsweise dieser Stellvorrichtung 2.2 entspricht somit prinzipiell derjenigen der Stellvorrichtung nach 1.

1.1: Servolenkung
1.2: Servolenkung
2.1: Stellvorrichtung
2.2: Stellvorrichtung
3: Elektromotor
4.1: Stellkraftgeber
4.2: Stellkraftgeber
5: Stellkraftnehmer
6: Doppeltwirkender Stellzylinder
7: Druckraum
8: Druckraum
9: Stellkolben
10: Lenkstange
11: Lenkstange
12: Lenkhebel
13: Lenkhebel
14: Rad
15: Rad
16: Lenkrad
17: Lenksäule
18: Lenkgetriebe
19: Doppeltwirkender Druckzylinder
20: Spindelgetriebe
21: Kolben
22: Druckraum
23: Druckraum
24: Hydraulikleitung
25: Hydraulikleitung
26: Servostellkraft
27: Servostellkraft
28: Drehwinkelsensor
29: Drehmomentsensor
30: Geschwindigkeitssensor
31: Sensorleitung
32: Steuergerät
33: Versorgungsleitung
34: Bypassventil
35: Steuerleitung
36: Einfachwirkender Druckzylinder
37: Einfachwirkender Druckzylinder
38: Kolben
39: Kolben
40: Spindelgetriebe
41: Druckraum
42: Druckraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4499964 A [0005]
- DE 3705539 C2 [0006]
- DE 3603065 C2 [0016]

Claims

Elektrohydraulische Stellvorrichtung, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors (3) antreibbaren Stellkraftgeber (4.1) sowie mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder (6) mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume (7, 8) trennenden Stellkolben (9) ausgebildeten Stellkraftnehmer (5), wobei der Stellkolben (9) mit einem wechselweise in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Stellelement (12, 13) verbunden ist, und bei dem durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes (7, 8) sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraumes (8, 7) eine Betätigungskraft (26, 27) des Stellelementes (12, 13) in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkraftgeber (4.1) als ein doppeltwirkender Druckzylinder (19) ausgebildet ist, in dem ein über ein Spindelgetriebe (20) mit dem Elektromotor (3) verbundener Kolben (21) axialbeweglich geführt ist und axial beidseitig jeweils einen Druckraum (22; 23) begrenzt, die über jeweils eine Hydraulikleitung (24; 25) mit jeweils einem anderen Druckraum (7; 8) des Stellkraftnehmers (5) in Verbindung stehen.
Elektrohydraulische Stellvorrichtung, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors (3) antreibbaren Stellkraftgeber (4.2) sowie mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder (6) mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume (7, 8) trennenden Stellkolben (9) ausgebildeten Stellkraftnehmer (5), wobei der Stellkolben (9) mit einem wechselweise in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Stellelement (12, 13) verbunden ist, und bei dem durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes (7, 8) sowie eine Druckentlastung des anderen Druckraumes (8, 7) eine Betätigungskraft (26, 27) des Stellelementes (12, 13) in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkraftgeber (4.2) zwei einfachwirkende Druckzylinder (36, 37) aufweist, die axial beidseitig des Elektromotors (3) spiegelsymmetrisch angeordnet sind, deren Kolben (38, 39) über ein mit einer gemeinsamen Spindelwelle versehenes Spindelgetriebe (40) mit dem Elektromotor (3) verbundenen sind, und deren Druckräume (41, 42) jeweils über eine Hydraulikleitung (24, 25) mit einem anderen Druckraum (7, 8) des Stellkraftnehmers (5) in Verbindung stehen.
Elektrohydraulische Stellvorrichtung einer Servolenkung (1.1) eines Kraftfahrzeugs, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors (3) antreibbaren Stellkraftgeber (4.1) und mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder (6) mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume (7, 8) trennenden Stellkolben (9) ausgebildeten Stellkraftnehmer (5), wobei der Stellkolben (9) mit einem in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Lenkelement (12, 13) einer Fahrzeuglenkung verbunden ist und durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes (7, 8) und eine Druckentlastung des anderen Druckraumes (8, 7) eine auf die Fahrzeuglenkung wirksame Servostellkraft (26, 27) des Lenkelementes (12, 13) in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkraftgeber (4.1) als ein doppeltwirkender Druckzylinder (19) ausgebildet ist, in dem ein über ein Spindelgetriebe (20) mit dem Elektromotor (3) verbundener Kolben (21) axialbeweglich geführt ist und axial beidseitig jeweils einen Druckraum (22; 23) begrenzt, die über jeweils eine Hydraulikleitung (24; 25) mit jeweils einem anderen Druckraum (7; 8) des Stellkraftnehmers (5) in Verbindung stehen.
Elektrohydraulische Stellvorrichtung einer Servolenkung (1.2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem mittels eines steuerbaren Elektromotors (3) antreibbaren Stellkraftgeber (4.2) und mit einem als doppeltwirkender Stellzylinder (6) mit einem darin axialbeweglich angeordneten und zwei Druckräume (7, 8) trennenden Stellkolben (9) ausgebildeten Stellkraftnehmer (5), wobei der Stellkolben (9) mit einem in entgegengesetzte Richtungen beweglichen Lenkelement (12, 13) einer Fahrzeuglenkung verbunden ist und durch eine wechselweise Druckversorgung des einen Druckraumes (7, 8) und eine Druckentlastung des anderen Druckraumes (8, 7) eine auf die Fahrzeuglenkung wirksame Ser vostellkraft (26, 27) des Lenkelementes (12, 13) in eine jeweils entgegengesetzte Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkraftgeber (4.2) zwei einfachwirkende Druckzylinder (36, 37) umfasst, die axial beidseitig des Elektromotors (3) spiegelsymmetrisch angeordnet sind, deren Kolben (38, 39) über ein mit einer gemeinsamen Spindelwelle versehenes Spindelgetriebe (40) mit dem Elektromotor (3) verbundenen sind, und deren Druckräume (41, 42) jeweils über eine Hydraulikleitung (24, 25) mit einem anderen Druckraum (7, 8) des Stellkraftnehmers (5) in Verbindung stehen.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Hydraulikleitungen (24, 25) ein Bypassventil (34) angeordnet ist, das im unbetätigten Ruhezustand geöffnet ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (34) als ein 2/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildet ist, dessen Steuerkolben in der stromlosen Ruhestellung eine Verbindung der beiden Hydraulikleitungen (24, 25) freigibt und in der bestromten Betätigungsstellung die Verbindung der beiden Hydraulikleitungen (24, 25) sperrt.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spindelgetriebe (20, 40) als ein Kugelumlauf-Schraubspindelgetriebe ausgebildet ist.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) als ein elektronisch kommutierender bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Stellvorrichtung (Elektromotor 3, Stellkraftgeber 4.1, 4.2, Stellkraftnehmer 5, Hydraulikleitungen 24 und 25, Bypassventil 34) in einem gemeinsamen, vormontierbaren Stellmodul zusammengefasst sind.