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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen
Fahrzeuglenksystems sowie ein hydraulisches Fahrzeuglenksystem.
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Es
sind passive Fahrzeuglenksysteme bekannt, die eine Hilfskraft bereitstellen,
welche vom Fahrer des Fahrzeugs aufgebrachte Lenkkräfte verstärkt. Beispielsweise
sind dies hydraulische Fahrzeuglenksysteme mit einem mechanisch
an ein Lenkrad gekoppelten Servoventil, einer Pumpe und einem Hydraulikzylinder
mit zwei Arbeitskammern. Vom Fahrer des Fahrzeugs wird ein Lenkmoment
auf das Lenkrad aufgebracht und auf das Servoventil übertragen.
Das Servoventil steuert dann den Fluidfluss von der Pumpe zu den
Arbeitskammern des Hydraulikzylinders in Abhängigkeit von diesem Lenkmoment.
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Darüber hinaus
sind aktive Fahrzeuglenksysteme bekannt, bei denen das Fahrzeuglenksystem
unabhängig
von einer Lenkradbetätigung
durch den Fahrer Lenkkräfte
aufbringen kann. Dies sind beispielsweise Steer-by-Wire-Lenksysteme
oder hydraulische Lenksysteme, in denen das mechanisch vom Fahrer
aufgebrachte Lenkmoment am Servoventil mit einem aktiven Lenkmoment überlagert
wird. Solche Lenksysteme sind aufwändig gebaut und benötigen eine
komplexe Steuerung.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein passives hydraulisches Fahrzeuglenksystem
mit minimalen Aufwand so zu verändern,
dass es Funktionen eines aktiven Fahrzeuglenksystems bereitstellt
und möglichst
einfach ansteuerbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch
1 und durch ein Fahrzeuglenksystem mit den Merkmalen von Anspruch
11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
dient zur Steuerung eines hydraulischen Fahrzeuglenksystems und
umfasst ein Lenkrad, ein mit dem Lenkrad gekoppeltes Servoventil,
eine Pumpe und einen Hydraulikzylinder. Zur Bereitstellung einer
hydraulischen Lenkkraft wird der Hydraulikzylinder mittels der Pumpe
mit einem Fluid beaufschlagt. Das Fahrzeuglenksystem kann in einem
Passivmodus oder alternativ in einem Aktivmodus betrieben bzw. betätigt werden.
In dem Passivmodus wird das Fahrzeuglenksystem manuell über eine
Verdrehung des Lenkrads betätigt,
wobei das Servoventil in Abhängigkeit von
der Verdrehung des Lenkrads einen Fluidfluss zum Hydraulikzylinder
so steuert, dass der Hydraulikzylinder die gewünschte hydraulische Lenkkraft
bereitstellt. In dem Aktivmodus wird das Fahrzeuglenksystem von
einer Steuereinheit betätigt,
die den Fluidfluss zum Hydraulikzylinder so steuert, dass das Servoventil
hydraulisch überbrückt wird
und die gewünschte
Lenkkraft unabhängig
von einer manuellen Betätigung
des Lenkrads bereitgestellt werden kann. Unter hydraulischen Lenksystemen
sind hierbei auch elektrohydraulische Lenksysteme zu verstehen.
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Vorzugsweise
wird das hydraulische Fahrzeuglenksystem entweder im Passiv- oder im Aktivmodus
gesteuert. Somit vereinfacht sich die Steuerung des Lenksystems
im jeweiligen Modus, da für die
Steuerung des Lenksystems keine Überlagerung von
vom Fahrer aufgebrachten Lenkmomenten und aktiven Lenkmomenten des
Lenksystems vorgesehen ist. Dementsprechend ist im Passivmodus keine Bereitstellung
einer aktiven Zusatzlenkkraft vorgesehen, die zusätzlich zu
der herkömmlichen
hydraulischen Lenkunterstützung
erzeugt wird. Anders ausgedrückt,
erfolgt die die Steuerung des Fahrzeuglenksystems im Passivmodus
auf einfache und bekannte Weise.
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In
einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Servoventil im Aktivmodus
von der Pumpe getrennt. Dies bedeutet, dass ein Fluidfluss von der Pumpe
zum Servoventil gesperrt ist. Stattdessen erfolgt der Fluidfluss
von der Pumpe in Richtung des Hydraulikzylinders über einen
hydraulischen Servoventil-Bypass. Auf diese Weise ist der Fluidfluss
zum Hydraulikzylinder von Lenkmomenten, die vom Fahrer des Fahrzeugs
aufgebracht werden, unabhängig.
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Der
Aktivmodus kann beispielsweise vom Fahrer des Fahrzeugs gestartet
werden, wobei ein vom Fahrer unbemerkter bzw. ungewollter Wechsel vom
Passivmodus in den Aktivmodus nicht möglich ist. Das Beenden des
Aktivmodus und Starten des Passivmodus kann ebenfalls manuell durch
den Fahrer erfolgen. Alternativ ist jedoch auch ein automatischer
Wechsel in den Passivmodus möglich.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest ein lenkungsrelevanter
Parameter bestimmt werden, wobei die Steuereinheit das Fahrzeuglenksystem
im Aktivmodus abhängig
von diesem Parametern betätigt.
Neben einem gewünschten
Systemverhalten im Passivmodus ermöglicht die Berücksichtigung
dieses lenkungsrelevanten Parameters insbesondere die Steuerung
des Fahrzeuglenksystems für
die gewünschten
Lenkmanöver
im Aktivmodus. Optional können
auch eine Mehrzahl von lenkungsrelevanten Parametern bestimmt werden.
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Es
ist vorteilhaft, dass ein Wechsel zwischen Passivmodus und Aktivmodus
nur dann durchgeführt wird,
wenn der zumindest eine lenkungsrelevante Parameter eine vorgegebene
Bedingung erfüllen. Hierdurch
lässt sich
ein ungewollter Moduswechsel zwischen Passiv- und Aktivmodus in
einer ungünstigen
Fahrsituation des Fahrzeugs verhindern.
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Vorzugsweise
werden Sollwerte für
den bzw. die lenkungsrelevanten Parameter bestimmt. Auf diese Weise
wird eine einfache Regelung des Lenksystems über den Vergleich der lenkungsrelevanten
Parameter mit einem jeweiligen Sollwert möglich.
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Gemäß der bevorzugten
Verfahrensvariante umfasst der Aktivmodus eine automatische Parkfunktion,
wobei das Verfahren zum automatischen Einparken folgende Verfahrensschritte
aufweist:
In einem Verfahrensschritt a) wird der Aktivmodus gestartet
und das Servoventil überbrückt. In
einem nächsten
Verfahrensschritt b) wird ein Lenkmanöver ausgeführt, indem die Steuereinheit
mittels der Pumpe den Hydraulikzylinder betätigt bzw. mit Fluid beaufschlagt,
bis der lenkungsrelevante Parameter mit seinem Sollwert übereinstimmt.
Im folgenden Verfahrensschritt c) wird der vorhergehende Verfahrensschritt
b) für
jedes Lenkmanöver
ausgeführt,
bis die Parkposition des Fahrzeugs erreicht ist. Dann wird in Verfahrensschritt
d) der Aktivmodus beendet und der Passivmodus gestartet. Auf diese
Weise wird ein automatisches Einparken mit einem hydraulischen Lenksystem
ermöglicht.
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Ein
lenkungsrelevanter Parameter kann eine Lenkwinkelgeschwindigkeit
sein, welche in Verfahrensschritt b) zuerst auf Null gesetzt und
dann erhöht wird,
bis sie ihrem Sollwert entspricht. So kann die Betätigung des
Hydraulikzylinders auf einfache Weise gesteuert werden.
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Nachteilige
Druckspitzen in den Hydraulikleitungen können vermieden werden, indem
vor bzw. bei dem Starten des Aktivmodus die Drehzahl der Pumpe im
Wesentlichen auf Null gesetzt wird. Dies bedeutet, dass die Pumpe
entweder vollständig
gestoppt wird oder eine Drehzahl der Pumpe ausreichend vermindert
wird. Somit wird verhindert, dass die Pumpe in eine abgesperrte
Leitung, mittels der das Servoventil überbrückt wird, hineinfördert.
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Ein
erfindungsgemäßes Fahrzeuglenksystem
umfasst einen ersten Hydraulikkreis, der eine Pumpe, ein Reservoir,
ein mit einem Lenkrad gekoppeltes Servoventil, ein Sperrventil und
einen Hydraulikzylinder mit zwei Arbeitskammern aufweist, sowie einen
zweiten Hydraulikkreis, der die Pumpe, das Reservoir, den Hydraulikzylinder
und einen hydraulischen Servoventil-Bypass umfasst. Der Servoventil-Bypass
ist zwischen der Pumpe und dem Hydraulikzylinder vorgesehen und
dient dazu, das Servoventil bei Bedarf zu überbrücken. Das Sperrventil des ersten
Hydraulikkreises ist in einer Zulaufleitung des Servoventils vorgesehen
und gibt in seiner ersten Ventilstellung einen Fluidfluss durch
den ersten Hydraulikkreis frei und sperrt in seiner zweiten Ventilstellung
den Fluidfluss durch den ersten Hydraulikkreis. Auf diese Weise
kann insbesondere ein bestehendes, passives Lenksystem mit einem
ersten Hydraulikkreis durch den Servoventil-Bypass und das Sperrventil
nachgerüstet
werden. Für
ein solches Nachrüsten
sind nur wenige zusätzliche
Funktionselemente notwendig, wie z. B. Hydraulikleitungen, Schaltventile
und ggf. T-Anschlussstücke.
Hierbei ist insbesondere für
das Motor-Pumpen-Aggregat,
das aus der Pumpe und einem damit gekoppelten Elektromotor gebildet
ist, und für
weitere mechanische Elemente wie z. B. die Zahn- und/oder Lenkstange keine
gesonderte Anpassung bzw. Veränderung
erforderlich, was ein preiswertes Nachrüsten unterstützt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Sperrventil des
ersten Hydraulikkreises als Wegeventil zwischen Pumpe und Servoventil
ausgeführt
sein. Somit ist es in einfacher Weise möglich, im Aktivmodus einen
Fluidfluss von der Pumpe zum Servoventil zu sperren und damit das
Servoventil von der Pumpe zu trennen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der zweite Hydraulikkreis
eine erste und eine zweite Bypassleitung aufweisen. Diese Bypassleitungen
führen
jeweils zu den beiden Arbeitskammern des Hydraulikzylinders. Hierdurch
ist es möglich,
im Aktivmodus eine direkte Fluidverbindung zwischen der Pumpe und
dem Hydraulikzylinder unter Überbrückung des
Servoventils zu bilden. In den Bypassleitungen des zweiten Hydraulikkreises
können
Wegeventile vorgesehen sein, die ein wahlweises Sperren des zweiten
Hydraulikkreises, nämlich
im Passivmodus ermöglichen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind das Sperrventil und die Wegeventile zu einem Ventilblock zusammengefasst.
Auf diese Weise wird die Montage aufgrund der Reduktion der Einzelteile
vereinfacht.
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Das
Sperrventil und die Wegeventile können auch zu einem 4/3-Wegeventil
zusammengefasst sein, wodurch die Anzahl der Ventile reduziert und somit
deren Ansteuerung vereinfacht wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
der Hydraulikzylinder zwei Arbeitskammern, wobei ein Wegeventil
zwischen dem Servoventil und einer ersten Arbeitskammer und ein
weiteres Wegeventil zwischen dem Servoventil und einer zweiten Arbeitskammer
vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich,
das Servoventil von der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer des Hydraulikzylinders
zu trennen.
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Vorzugsweise
ist eine Ventilsteuervorrichtung zum Ansteuern des Sperrventils
und der Wegeventile vorgesehen. Somit kann sowohl die Auswahl des
Steuerungsmodus als auch die aktive Betätigung des Fahrzeuglenksystems
gesteuert werden.
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Die
Ventilsteuervorrichtung kann gemeinsam mit einer Pumpensteuervorrichtung
die Steuereinheit bilden. Insbesondere sind die Ventilsteuervorrichtung und
die Pumpensteuervorrichtung zu einem Bauteil zusammengefasst, wodurch
die Steuereinheit besonders kompakt ausgeführt ist.
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Alternativ
kann die Ventilsteuervorrichtung ein separates Bauteil sein, was
für die
Nachrüstung eines
passiven hydraulischen Fahrzeuglenksystems besonders vorteilhaft
ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst der Hydraulikzylinder zwei Arbeitskammern, wobei die erste
Arbeitskammer über
eine erste Servoventil-Leitung
des ersten Hydraulikkreises mit dem Servoventil und über eine
erste Bypass-Leitung des zweiten Hydraulikkreises mit der Pumpe
verbunden ist. Die zweite Arbeitskammer ist über eine zweite Servoventil-Leitung
des ersten Hydraulikkreises mit dem Servoventil und über eine
zweite Bypass-Leitung des zweiten Hydraulikkreises mit der Pumpe verbunden.
In den Servoventil-Leitungen und den Bypass-Leitungen ist jeweils
ein Wegeventil vorgesehen, welches in einer ersten Stellung den
Fluidfluss durch die Leitung freigibt und in einer zweiten Stellung
den Fluidfluss durch die Leitung sperrt. Insgesamt können dadurch
für das
Sperrventil und die Wegeventile drei Ventilstellungskombinationen
vorgegeben bzw. definiert werden. Das Sperrventil und die Wegeventile
können
auf diese Weise auch zusammengefasst werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines elektrohydraulischen Fahrzeuglenksystems
nach dem Stand der Technik;
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksystems
im Passivmodus;
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3 zeigt
die erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksystems
im Aktivmodus bei einem Lenkeinschlag nach links;
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4 zeigt
die erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksystems
im Aktivmodus bei einem Lenkeinschlag nach rechts;
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksystems
mit drei Wegeventilen;
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6 zeigt
eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksystems
mit drei Wegeventilen; und
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7 zeigt
ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum automatischen Einparken.
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1 zeigt
ein elektrohydraulisches Fahrzeuglenksystem 10' nach dem Stand
der Technik. Ein Lenkrad 12 ist über eine Lenkwelle 14 und
ein Servoventil 16 mit einem Ritzel 18 verbunden,
das mit einer Zahnstange 20 kämmt. Das Servoventil 16 ist
mit dem Lenkrad 12 gekoppelt, so dass eine Betätigung des
Lenkrads 12 auf das Servoventil 16 übertragen
wird. Das Servoventil 16 ist über einen ersten Hydraulikkreis 22 mit
einer Pumpe 25, einem Reservoir 26 und einem Hydraulikzylinder 28 verbunden. Die
Pumpe 25 wird von einem Elektromotor 23 angetrieben,
wobei der Elektromotor 23 von einer Steuereinheit 21', genauer von einer
Pumpensteuervorrichtung 36, angesteuert ist. Die Pumpe 25,
der Elektromotor 23 und die Steuereinheit 21' bzw. die Pumpenvorsteuerung 36 bilden
zusammen ein Motor/Pumpen-Aggregat 24. Die Funktion des
Fahrzeuglenksystems 10' wird
durch die Stellung des Servoventils 16 und dem vom Motor/Pumpen-Aggregat 24 geförderten
Fluidfluss bestimmt. Der Hydraulikzylinder 28 weist eine
erste Arbeitskammer 30 und eine zweite Arbeitskammer 32 auf.
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Das
Servoventil 16 weist einen Druckanschluss S0,
einen Reservoiranschluss R sowie einen ersten Arbeitsanschluss S1 und einen zweiten Arbeitsanschluss S2 auf. Der Druckanschluss S0 des Servoventils 16 ist über eine
Zulaufleitung 27 mit der Pumpe 25 des Motor/Pumpen-Aggregats 24 verbunden.
Der erste Arbeitsanschluss S1 des Servoventils 16 ist über eine
erste Servoventil-Leitung 31 mit der ersten Arbeitskammer 30 des
Hydraulikzylinders 28 verbunden, und der zweite Arbeitsanschluss
S2 des Servoventils 16 ist über eine
zweite Servoventil-Leitung 33 mit
der zweiten Arbeitskammer 32 des Hydraulikzylinders 28 verbunden.
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Es
ist ein Lenkwinkelsensor 34 vorgesehen, der an der Lenksäule 14 angebracht
ist und einen Lenkwinkel φ und
eine Lenkwinkelgeschwindigkeit φ . ermittelt, sowie ein Geschwindigkeitssensor 35,
der eine Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt.
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Bringt
der Fahrer des Fahrzeugs ein Lenkmoment auf das Lenkrad 12 auf,
so wird dieses über die
Lenkwelle 14 an das Servoventil 16 und das Ritzel 18 übertragen.
Das Servoventil 16 steuert in Abhängigkeit vom Lenkwinkel φ bzw. vom übertragenen Lenkmoment
einen Fluidfluss zu den beiden Arbeitskammern 30, 32 des
Hydraulikzylinders 28, wodurch eine hydraulische Lenkkraft
bereitgestellt wird, welche die mechanische, vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft
unterstützt.
Der von der Pumpe 25 geförderte Fluidfluss wird von
der Pumpensteuervorrichtung 36 des Motor/Pumpen-Aggregats 24 gesteuert, wobei
diese Steuerung von zumindest einem lenkungsrelevanten Parametern
abhängig
ist. Dieser lenkungsrelevante Parameter kann aus der Fahrzeuggeschwindigkeit
v, dem Lenkwinkel φ oder
aus der Lenkwinkelgeschwindigkeit φ . gebildet sein. Da die hydraulische
Lenkkraft nur dann generiert wird, wenn der Fahrer manuell das Lenkrad 12 betätigt, wird
das Fahrzeuglenksystem 10' gemäß 1 als passives
Lenksystem bezeichnet.
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2 zeigt
ein elektrohydraulisches Fahrzeuglenksystem 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, wobei das Fahrzeuglenksystem 10 die gleichen
Bauteile wie das in 1 gezeigte Fahrzeuglenksystem 10' sowie einige zusätzliche
Bauteile aufweist, die im Folgenden näher beschrieben werden. In
der Zulaufleitung 27 des Servoventils 16 ist zwischen
dem Motor/Pumpen-Aggregat 24 und dem Druckanschluss S0 ein als 2/2-Wegeventil 41 ausgebildetes
Sperrventil 40 vorgesehen. Es ist eine erste Bypass-Leitung 38 zwischen
dem Motor/Pumpen-Aggregat 24 und
der ersten Arbeitskammer 30 des Hydraulikzylinders 28 und
eine zweite Bypass-Leitung 39 zwischen dem Motor/Pumpen-Aggregat 24 und
der zweiten Arbeitskammer 32 des Hydraulikzylinders 28 vorgesehen.
Die Bypass-Leitungen 38, 39 bilden
einen hydraulischen Bypass zwischen dem Motor/Pumpen-Aggregat 24 und
dem Hydraulikzylinder 28, wobei der Bypass das Servoventil 16 überbrückt und
mit dem Motor/Pumpen-Aggregat 24, dem Reservoir 26 und
den Arbeitskammern 30, 32 des Hydraulikzylinders 28 einen
zweiten Hydraulikkreis 37 bildet. Der hydraulische Servoventil-Bypass
mit der ersten Bypass-Leitung 38 und der zweiten Bypass-Leitung 39 ist
in 2 in Fettdruck dargestellt.
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In
der ersten Bypass-Leitung 38 und der zweiten Bypass-Leitung 39 ist
jeweils ein 2/2-Wegeventil 42, 43 zwischen dem
Motor/Pumpen-Aggregat 24 und der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer 30, 32 vorgesehen.
Wie in 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet, können das
Sperrventil 40 und die beiden Wegeventile 42, 43 auch
zu einem gemeinsamen Ventilblock 46 zusammengefasst sein.
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Ferner
ist ein 2/2-Wegeventil 44 zwischen dem ersten Arbeitsanschluss
S1 des Servoventils 16 und der
ersten Arbeitskammer 30 vorgesehen, sowie ein weiteres
2/2-Wegeventil 45 zwischen dem zweiten Arbeitsanschluss
S2 des Servoventils 16 und der zweiten
Arbeitskammer 32. Die Wegeventile 44, 45 können separate
Ventile sein oder, wie in 2 durch
eine gestrichelte Linie angedeutet, zu einem Ventilblock 48 zusammengefasst
sein.
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Gemäß 2 ist
eine separate Ventilsteuervorrichtung 50 vorgesehen, die
die Wegeventile 41 bis 45 ansteuert und zusammen
mit der Pumpensteuervorrichtung 36 die Steuereinheit 21 bildet.
Alternativ können
die separaten Steuervorrichtungen (36, 50) auch
zu einem einzigen Bauteil zusammengefasst werden. Zwischen der Pumpensteuervorrichtung 36 und
der Ventilsteuervorrichtung 50 kann optional ein mechanischer
Schalter 52 angeordnet sein, mit dem der Fahrer manuell
von einem Passivmodus in einen Aktivmodus des Fahrzeuglenksystems 10 wechseln
kann und umgekehrt.
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Es
ist insbesondere möglich,
ein in 1 gezeigtes elektrohydraulisches Fahrzeuglenksystem 10' nach dem Stand
der Technik mit Hilfe der fünf Wegeventile 41 bis 45,
der Bypass-Leitungen 38, 39 des hydraulischen
Bypasses und der Ventilsteuervorrichtung 50 zu einem erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksystem 10 nachzurüsten. Hierbei
ist die flexible Anordnung der einzelnen Wegeventile 41 bis 45 vorteilhaft.
Ansonsten ist die Kombination mehrerer Wegeventile 41 bis 45 zu
Ventilblöcken 46, 48 von
Vorteil.
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Für die Steuerung
des Fahrzeuglenksystems 10 sind drei Ventilstellungskombinationen
der Wegeventile 41 bis 45 vorgesehen. In einer
ersten Ventilstellungskombination (vgl. 2) sind
alle fünf 2/2-Wegeventile 41 bis 45 in
ihrer federbeaufschlagten Grundstellung, wodurch das Fahrzeuglenksystem 10 sich
im Passivmodus befindet. Dabei ist der erste Hydraulikkreis 22 freigegeben,
indem die Zulaufleitung 27 und die Servoventil-Leitungen 31, 33 für einen
Fluidfluss offen sind. Der zweite Hydraulikkreis 37 ist
gesperrt, da die Bypass-Leitungen 38, 39 durch
die Wegeventile 42, 43 für einen Fluidfluss gesperrt
sind.
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Die
Funktion des Fahrzeuglenksystems 10 in dieser ersten Ventilstellungskombination
ist analog zur Funktion des in 1 gezeigten
Fahrzeuglenksystems 10'.
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3 zeigt
das Fahrzeuglenksystem 10 in einer zweiten Ventilstellungskombination,
in der sich das Fahrzeuglenksystem 10 im Aktivmodus befindet und
die eine hydraulische Lenkkraft „nach rechts” ermöglicht.
In dieser Ventilstellungskombination ist der erste Hydraulikkreis 22 aus
Richtung der Pumpe 25 gesperrt, da das Sperrventil 40 die
Zulaufleitung 27 schließt. Der zweite Hydraulikkreis 37 ist
freigegeben, wobei die erste Bypass-Leitung 38 offen und
die zweite Bypass-Leitung 39 geschlossen
ist. Des Weiteren ist die erste Servoventil-Leitung 31 gesperrt und
die zweite Servoventil-Leitung 33 freigegeben. Die Bypass-Leitung 38 erlaubt
somit einen Fluidfluss von der Pumpe 25 in die erste Arbeitskammer 30 des Hydraulikzylinders 28,
während
die Sperrung der Servoventil-Leitung 31 einen Rückfluss über das
Servoventil 16 zum Reservoir 26 verhindert. Die
freigegebene Servoventil-Leitung 33 erlaubt dagegen einen
Rückfluss
des Hydraulikfluids über
das Servoventil 16 zum Reservoir 26. Der Hydraulikzylinder 28 erzeugt
somit eine aktive Lenkkraft nach rechts.
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Das
Servoventil 16 ist im vorliegenden Fall ein Servoventil
mit offener Mitte. Im Aktivmodus des Fahrzeuglenksystems 10 ist
das Lenkrad 12 durch den Fahrer freigegeben und dreht sich
bei einer Bewegung der Zahnstange 20 mit. Die Drehkraft
wird dabei vom Ritzel 18 über das Servoventil 16 und
die Lenkwelle 14 auf das Lenkrad 12 übertragen.
Da sich das Lenkrad 12 im wesentlichen frei verdrehen kann, bleibt
das Servoventil 16 in seiner Mittenstellung und kann für einen
Rückfluß von Hydraulikfluid
genutzt werden. Das Servoventil 16 wird im Passivmodus des
Fahrzeuglenksystems 10 trotzdem als „hydraulisch überbrückt” bezeichnet,
da kein Fluidfluß zwischen
Druckanschluß S0 und Rücklaufanschluß R des
Servoventils 16 stattfindet und sich keine Ventilfunktion
einstellt.
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In
der dritten Ventilstellungskombination gemäß 4 wird eine
aktive Lenkkraft „nach
links” erzeugt.
Ein Fluidfluss ist durch die freigegebene zweite Bypass-Leitung 39 in
die zweite Arbeitskammer 32 des Hydraulikzylinders 28 möglich, wobei
der Rückfluss
von Hydraulikfluid zum Reservoir 26 durch die zweite Servoventil-Leitung 33 gesperrt
ist. Aus der ersten Arbeitskammer 30 kann Hydraulikfluid über die
freigegebene Servoventil-Leitung 31 über das Servoventil 16 zum
Reservoir 26 zurückfließen. Der erste
Hydraulikkreis 22 ist aus Richtung der Pumpe 25 gesperrt,
da die Zulaufleitung 27 durch das Sperrventil 40 geschlossen
ist.
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Die
Stärke
der Lenkkraft wird durch die Leistung des Motor/Pumpen-Aggregats 24 bestimmt.
Alternativ könnte
auch eine Steuerung der Lenkkraft über Drosselventile oder durch
Ausbildung der Wegeventile 41 bis 45 als Proportionalwegeventile
vorgesehen sein.
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Da
nur drei Ventilstellungskombinationen für die Funktion des Fahrzeuglenksystems 10 notwendig sind,
können
die fünf
Wegeventile 41 bis 45 zu komplexeren Mehrwegeventilen
zusammengefasst werden.
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In 5 ist
eine zweite Ausführungsform
des Fahrzeuglenksystems 10 gezeigt. Die Wegeventile 41, 42 und 43 sind
in einem 4/3-Wegeventil 54 zusammengefasst. Die drei Ventilstellungen
des 4/3-Wegeventils 54 entsprechen den drei Ventilstellungskombinationen
der 2 bis 4. In der federbeaufschlagten
Mittenstellung des 4/3-Wegeventils 54 ist das Fahzeuglenksystem 10 analog
zur ersten Ausführungsform
in der ersten Ventilstellungskombination (vgl. 2)
geschaltet. Die Schaltung des Fahrzeuglenksystems 10 in
der linken bzw. rechten Ventilstellung ist analog zur ersten Ausführungsform
in der zweiten bzw. dritten Ventilstellungskombination. Es können auch
die Wegeventile 44 und 45 zu einem zweiten 4/3-Wegeventil
zusammengefasst sein.
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In
der in 6 gezeigten Ausführungsform werden die der ersten
bzw. zweiten Arbeitskammer zugeordneten Wegeventile 42, 44 bzw. 43, 45 in
ein erstes 3/2-Wegeventil 58 und
ein zweites 3/2-Wegeventil 60 zusammengefasst. Die erste
Ventilstellungskombination wird durch die federbeaufschlagten Grundstellungen
des Wegeventils 41 und des ersten und zweiten 3/2-Wegeventils 58, 60 erreicht. Die
zweite oder dritte Ventilstellungskombination wird durch Schließen des
Wegeventils 41 und Umschalten des ersten oder des zweiten
3/2-Wegeventils 58, 60 erreicht.
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Die
Wegeventile 41 bis 45 können gemäß der drei Ventilstellungskombinationen
auch auf andere Weise zusammengefasst werden, insbesondere auch
in einem einzigen Ventil. Alternativ können die Wegeventile 41 bis 45 mit
dem Servoventil auch in einem Ventilblock zusammengefasst werden.
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7 zeigt
ein bevorzugtes Verfahren zur Steuerung des hydraulischen Fahrzeuglenksystems 10 gemäß der in 2 bis 4 gezeigten
ersten Ausführungsform.
Der Aktivmodus umfasst hierbei eine automatische Parkfunktion.
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In
einem ersten Schritt wird der Aktivmodus durch den Fahrer des Fahrzeugs
gestartet. Daraufhin wird in einem nächsten Abfrageschritt zumindest
ein lenkungsrelevanter Parameter, z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit
v und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit φ ., daraufhin überprüft, ob eine
vorgegebene Bedingung erfüllt
ist, insbesondere ob ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird.
Auf diese Weise wird z. B. sichergestellt, dass der automatische
Einparkmodus nicht versehentlich während der Fahrt, d. h. bei
zu hoher Fahrzeuggeschwindigkeit v, oder während eines Lenkmanövers des
Fahrers, d. h. bei zu hoher Lenkwinkelgeschwindigkeit φ ., aktiviert
wird.
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Ist
das Ergebnis der Überprüfung des
zumindest einen lenkungsrelevanten Parameter positiv, so wird der
Aktivmodus aktiviert. Hierbei wird zunächst die Pumpe 25 ausser
Betrieb gesetzt, d. h. ihre Drehzahl wird auf Null gesetzt. Anschließend wird
das in der Zulaufleitung 27 vorgesehene Sperrventil 40 geschlossen,
wodurch ein Fluidstrom aus Richtung der Pumpe 25 zum Servoventil 16 gesperrt
wird. Durch das Abschalten der Pumpe 25 vor dem Sperren
des Sperrventils 40 kann vermieden werden, dass in eine abgesperrte
Leitung hineingefördert
wird, so dass nachteilige Druckspitzen in dem Hydrauliksystem und
eine unnötige
Belastung der jeweiligen Systemkomponenten nicht auftreten. In Folge
des Schließens
der Sperrventils 40 wird das Servoventil 16 von der
Pumpe 25 bzw. vom Motor/Pumpen-Aggregat 24 getrennt,
so dass die gewünschte Lenkkraft
unabhängig
von einer manuellen Betätigung
des Lenkrads 12 bereitgestellt werden kann, wie nachstehend
im Detail erläutert.
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Als
nächster
Schritt wird ein automatisches Lenkmanöver durchgeführt. Die
Steuereinheit
21 bestimmt aufgrund von Sensordaten Sollwerte
v
soll, φ
soll,
soll für
die lenkungsrelevanten Parameter v, φ, φ .. Die Steuereinheit
21 ermittelt
in einem Abfrageschritt aus dem Sollwert φ
soll für den Lenkwinkel φ die Richtung der
benötigten
Lenkkraft. Die Drehzahl des Motor/Pumpen-Aggregats
24 wird
zu Beginn des Lenkmanövers
auf Null gesetzt. Abhängig
von der Richtung der benötigten
Lenkkraft werden die Wegeventile
42–
45 gemäß der in
3 und
4 gezeigten Ventilstellungskombination
geeignet geschaltet. Bei einer Lenkkraft „nach rechts” (
3)
werden die erste Bypass-Leitung
38 und die zweite Servoventil-Leitung
33 freigegeben,
wobei die zweite Bypass-Leitung
39 und die erste Servoventil-Leitung
31 gesperrt werden.
Bei einer Lenkkraft „nach
links” (
4)
werden dagegen die zweite Bypassleitung
39 und die erste
Servoventil-Leitung
31 freigegeben, wobei die erste Bypass-Leitung
38 und
die zweite Servoventil-Leitung
33 gesperrt
werden. Daraufhin wird die Drehzahl des Motor/Pumpen-Aggregats
24 erhöht, bis
die Lenkwinkelgeschwindigkeit φ . ihrem Sollwert φ .
soll entspricht.
Die Drehzahl des Motor/Pumpen-Aggregats
24 wird nun so
lange gehalten, bis der Lenkwinkel φ seinem Sollwert entspricht.
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Nach
einem Lenkmanöver
erfolgt eine Abfrage der Steuereinheit 21, ob die Parkposition
erreicht ist. Falls die Parkposition noch nicht erreicht ist und weitere
Lenkmanöver
nötig sind,
wird ein neues Lenkmanöver
mit der Bestimmung der Richtung der benötigten Lenkkraft eingeleitet.
Wie vorstehend erläutert,
wird nach der Abfrage, welche Richtung die benötigte Lenkkraft haben soll,
die Drehzahl des Motor/Pumpen-Aggregats zunächst auf Null gesetzt. Dies
ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn im Verlauf des Lenk- bzw.
Parkmanövers
eine Richtungsumkehr vorgenommen wird, d. h. der Lenkeinschlag von
links nach rechts (oder umgekehrt) gewechselt wird. Ist die Parkposition
erreicht, so werden die Wegeventile 42 bis 45 und
das Sperrventil 40 in ihre Grundstellung (vgl. 2)
geschaltet, wodurch der Aktivmodus beendet wird. Falls die Fahrt fortgesetzt
wird, wird anschließend
bei Bedarf der Passivmodus gestartet. Der Wechsel vom Aktivmodus
zurück
in den Passivmodus kann manuell durch den Fahrer erfolgen, z. B.
durch Betätigen
des Schalters 52. Alternativ kann das Umschalten vom Aktivmodus
zurück
in den Passivmodus auch automatisch erfolgen, z. B. in Abhängigkeit
eines lenkungsrelevanten Parameters, wenn z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit
v einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
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Das
Verfahren zur Steuerung des Fahrzeuglenksystems 10 wird
der jeweiligen Ausführungsform des
Fahrzeuglenksystems 10 angepasst, wobei sich insbesondere
die Ansteuerung der Ventile bei verschiedener Zusammenfassung der
2/2-Wegeventile 41 bis 45 verändert. Es ist auch möglich, den
Aktivmodus und/oder die automatische Parkfunktion über andere
lenkungsrelevante Parameter zu steuern.