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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung eines hydrostatischen Lenksystems mit einer hydraulischen Stelleinheit zur Vorgabe eines Radlenkwinkels an lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs.
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In der
DE 38 08 866 C2 wird ein hydrostatisches Lenksystem in einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine beschrieben. Derartige hydrostatische Lenksysteme weisen keine mechanische Verbindung zwischen der Lenkeingabe und den lenkbaren Rädern aus, vielmehr dient die Lenkbewegung des Fahrers zur Steuerung eines Hydraulikfluids in einer hydraulischen Stelleinheit.
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Das in der
DE 38 08 866 C2 beschriebene hydrostatische Lenksystem umfasst als wesentliche Bestandteile ein vom Fahrer zu betätigendes Lenkrad, ein Lenkaggregat mit Lenkventilen, wobei das Lenkaggregat über die Lenkradbewegung einzustellen ist, einen Hydraulikzylinder als Stelleinheit zur Beaufschlagung der lenkbaren Räder sowie eine Hydropumpe, über die Hydraulikfluid aus einem Tank gefördert wird. Bei einer Lenkradbetätigung werden die Ventile in dem Lenkaggregat je nach Lenkrichtung so eingestellt, dass Hydraulikfluid, welches von der Hydraulikpumpe gefördert wird, in unterschiedliche Kammern des Hydraulikzylinders zur Auslenkung des Kolbens in die gewünschte Richtung gefördert wird.
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Aufgrund des fehlenden mechanischen Durchgriffs kann es zu Abweichungen vom Sollzusammenhang zwischen dem Verlauf des Lenkwinkels, welcher vom Fahrer vorgegeben wird, und dem Verlauf des Radlenkwinkels an den lenkbaren Rädern des Fahrzeuges kommen. So ist es beispielsweise möglich, dass der Fahrer das Lenkrad weiter dreht, auch wenn sich die lenkbaren Räder bereits in einer Endposition an einem mechanischen Anschlag befinden. Bei einem Zurückdrehen des Lenkrads entspricht die Neutralposition des Lenkrads nicht mehr einer Geradeausfahrt, es entsteht ein Schiefstand. Ein derartiger Schiefstand kann auch bei hohen Lenkradgeschwindigkeiten entstehen, bei denen das Lenkrad schneller gedreht wird, als über das hydrostatische Aggregat aufgrund des begrenzten Hydraulikvolumenstroms auf die Räder nachgeführt werden kann. Auch Einflüsse der Fahrbahn, zum Beispiel Unebenheiten wie Schlaglöcher, können zu einer ungewollten Schiefstellung führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abweichungen im Sollzusammenhang zwischen dem Lenkwinkel und dem Radlenkwinkel in einem hydrostatischen Lenksystem auszugleichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Erfindung ist in hydrostatischen Lenksystemen einsetzbar, welche sich durch einen fehlenden mechanischen Durchgriff zwischen der Lenkeinheit, üblicherweise das Lenkrad, und den lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs auszeichnen. Das hydrostatische Lenksystem umfasst eine hydraulische Stelleinheit zur Einstellung eines Radlenkwinkels an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels. Zur Umsetzung des Fahrerwunschlenkwinkels wird beispielsweise über das Lenkrad eine Lenkwelle verdreht, die in einem Lenkaggregat einen Hydraulik-Volumenstrom steuert, welcher einer hydraulischen Stelleinheit, insbesondere einem Hydraulikzylinder zugeführt wird. Je nach Drehrichtung und Winkelauslenkung der Lenkwelle werden die Volumenströme über das Lenkaggregat in den Hydraulikzylinder geleitet, der einen entsprechenden Ausschlag zur Einstellung der gewünschten Richtung und Auslenkung der lenkbaren Räder ausführt. Derartige hydrostatische Lenksysteme werden beispielsweise in landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen oder in Gabelstaplern eingesetzt.
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Bei Steer-by-Wire-Systemen ist es grundsätzlich auch möglich, den Hydraulikstrom über Betätigungsorgane, beispielsweise elektrische oder elektromagnetische Stelleinrichtungen in Abhängigkeit von Stellsignalen zu steuern, welche von der Betätigung des Lenkrades herrühren. Hierbei wird beispielsweise die Lenkbewegung, welche vom Fahrer erzeugt wird, ermittelt und in ein entsprechendes Stellsignal umgesetzt, das in der hydraulischen Stelleinheit zu einer gewünschten Auslenkung führt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der tatsächliche, vom Fahrer vorgegebene Ist-Lenkwinkel ermittelt und mit einem zugeordneten Soll-Lenkwinkel verglichen wird, wobei im Falle einer Abweichung die Differenz mithilfe eines Zusatzaggregates im Lenksystem ausgeglichen wird, über die der Sollzusammenhang zwischen dem Verlauf des Lenkwinkels und dem Verlauf des Radlenkwinkels wiederhergestellt werden kann. Damit können Schiefstellungen korrigiert werden, bei denen entweder aufgrund einer einen Grenzwert übersteigenden Lenktätigkeit des Fahrers oder aufgrund äußerer Einflüsse wie Stöße oder dergleichen von der Fahrbahn der Sollzusammenhang zwischen dem Verlauf des Lenkwinkels und dem Verlauf des Radlenkwinkels gestört wird. Diese Schiefstellungen äußern sich darin, dass in der Neutralstellung des Lenkrads die Räder ausgelenkt sind, so dass das Fahrzeug nicht geradeaus fährt. Derartige Schiefstellungen können über das erfindungsgemäße Verfahren bei Einsatz eines Zusatzaggregates im System selbsttätig kompensiert werden, so dass der Sollzusammenhang wiederhergestellt ist.
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Bei dem Zusatzaggregat handelt es sich beispielsweise um ein Überlagerungslenkgetriebe, über das ein Zusatzlenkwinkel erzeugbar ist, welcher dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel überlagert wird. Der Zusatzlenkwinkel reduziert oder erhöht den vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel, was insbesondere dadurch erreicht wird, dass in eine Lenkwelle des Lenksystems, welche fest mit dem Lenkrad gekoppelt ist, ein Überlagerungslenkgetriebe integriert ist, das die Vorgabe des Zusatzlenkwinkels gestattet. Wird eine Abweichung vom Sollzusammenhang zwischen Lenkwinkel und Radlenkwinkel festgestellt, so wird durch Vorgabe eines Zusatzlenkwinkels eine Kompensation durchgeführt. Die Kompensation wird vom Fahrer üblicherweise nicht wahrgenommen. Die Kompensation erfolgt in der Weise, dass der Lenkwinkel dem Radlenkwinkel über das Aufbringen des Zusatzlenkwinkels so angepasst wird, dass der Sollzusammenhang zwischen Lenkwinkel und Radlenkwinkel wieder hergestellt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist das Zusatzaggregat als hydraulische Zusatzeinrichtung ausgebildet, über die der Druck in der hydraulischen Stelleinheit des Lenksystems modifizierbar ist. Zum Wiederherstellen des Sollzusammenhangs im Falle einer Schiefstellung der Räder wird der Radlenkwinkel über die Betätigung der hydraulischen Zusatzeinrichtung verändert.
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Auslöser für einen Schiefstand ist entweder eine Fahrerbetätigung, welche ein zulässiges Maß überschreitet, oder äußere Einflüsse, die auf das Fahrzeug einwirken, beispielsweise Fahrbahnunebenheiten oder Stöße bzw. Schläge auf das Fahrzeug. Aufgrund des fehlenden mechanischen Durchgriffs zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Rädern sind derartige Schiefstellungen grundsätzlich ohne das genannte Verfahren nicht auszuschließen.
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Die vom Fahrer hervorgerufenen Situationen, die zu einer Schiefstellung der Räder führen können, liegen zum Beispiel in einem Überdrehendes Lenkrads über einen Endanschlag der lenkbaren Räder hinaus, was beim hydrostatischen Lenksystem grundsätzlich möglich ist. Bis zum Erreichen des Anschlags der lenkbaren Räder ist der Referenzzusammenhang zwischen dem Verlauf des Lenkwinkels und dem Verlauf des Radlenkwinkels gewahrt. Sobald das Lenkrad über den Endanschlag der lenkbaren Räder hinausgehend weitergedreht wird, bewegt sich lediglich das Lenkrad, nicht aber die lenkbaren Räder, wodurch der Referenz- bzw. Sollzusammenhang verlassen wird. In dieser Situation wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Wiederherstellen des Referenzzusammenhangs durch das Zusatzaggregates durchgeführt.
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In einer weiteren Fahrsituation findet der Ausgleich der Differenz zwischen tatsächlichem Lenkwinkel und Solllenkwinkel statt, falls der Lenkeinschlag, welcher vom Fahrer durchgeführt wird, mit einer einen Grenzwert übersteigenden Lenkwinkelgeschwindigkeit erfolgt. Bei zu hohen Lenkwinkelgeschwindigkeiten dreht das Lenkrad schneller, als das hydrostatische Aggregat bzw. die Stelleinheit die Räder nachführen kann, was im begrenzten Volumenstrom des Lenksystems begründet ist. Auch in diesem Fall wird der Referenzzusammenhang zwischen Lenkwinkel und Radlenkwinkel verlassen, da der Lenkwinkel einen größeren Wert einnimmt, als ihm nach dem Radlenkwinkel entsprechen sollte.
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Als Messgrößen dienen vorzugsweise der Lenkwinkel sowie der Radlenkwinkel. Diese Winkelgrößen können mittels geeigneter Sensoren bestimmt werden. Gegebenenfalls wird der Radlenkwinkel aber auch aus einem funktionalen Zusammenhang aus dem Hub eines Arbeitszylinders der hydraulischen Stelleinheit ermittelt und/oder aus Radgeschwindigkeits-Messwerten bzw. sonstigen Zustandsgrößen des Fahrzeugs.
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Bei Kenntnis des tatsächlichen Radlenkwinkels kann gemäß dem Referenzzusammenhang ein zugehöriger Soll-Lenkwinkel ermittelt werden. Liegt eine Abweichung zwischen dem Ist-Lenkwinkel und dem Soll-Lenkwinkel vor, so wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Eingriff über das Zusatzaggregat im Lenksystem zum Wiederherstellen des Referenzzusammenhangs durchgeführt. Je nach Ausführung des Zusatzaggregats wird hierbei entweder der Lenkwinkelverlauf an den Radlenkwinkel oder der Radlenkwinkelverlauf an den Lenkwinkel angepasst.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 ein hydrostatisches Lenksystem in einem Fahrzeug, welches mit einem Überlagerungslenkgetriebe in der Lenkwelle versehen ist,
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2 ein hydrostatisches Lenksystem mit einer hydraulischen Zusatzeinrichtung zwischen einem Lenkaggregat und einem Hydraulikzylinder,
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3 ein Schaubild mit dem Verlauf von Ist-Lenkwinkel, Soll-Lenkwinkel und Radlenkwinkel, wobei der Ist-Lenkwinkel einen Bereich mit einem Überdrehen des Lenkrads aufweist,
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4 ein weiteres Schaubild mit Kurven des Ist-Lenkwinkels, Soll-Lenkwinkels und Radlenkwinkels, wobei der Verlauf des Ist-Lenkwinkels aufgrund einer überhöhten Lenkwinkelgeschwindigkeit über der zugeordneten Sollkurve liegt.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in 1 dargestellte hydrostatische Lenksystem 1 in einem Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkaggregat 4, einen Hydraulikzylinder 5 als hydraulisches Stellglied, eine Hydraulikpumpe 6 sowie einen Tank 7 zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit. Das Lenkrad 2, über die der Fahrer einen Lenkwinkel δS vorgibt, ist fest mit der Lenkwelle 3 gekoppelt, die in das Lenkaggregat 4 mündet, in welchem ein Lenkventil zur Verteilung des Hydraulikfluids auf die zwei Kammern des Hydraulikzylinders 5 angeordnet ist. Der vorgegebene Lenkwinkel δS hat eine Verstellung des Lenkventils im Lenkaggregat zur Folge, wodurch die Zufuhr des Hydraulikfluids in die entsprechende Kammer des Hydraulikzylinders 5 eingestellt wird. Der Hydraulikzylinder 5 ist mit den lenkbaren Rädern 8 und 9 verbunden, wobei je nach Auslenkung des Kolbens 15 des Hydraulikzylinders 5 ein entsprechender Radlenkwinkel δW in die eine oder andere Richtung an Rädern 8 bzw. 9 eingestellt wird.
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Das Lenkaggregat 4 wird aus dem Tank 7 mit Hydraulikfluid versorgt, der über eine Hydraulikpumpe 6 und eine Pumpleitung 10 an das Lenkaggregat 4 angeschlossen ist. Des Weiteren befindet sich zwischen dem Aggregat 4 und dem Tank 7 eine Rückflussleitung 11 für die Rückströmung für Hydraulikfluid in den Tank 7. Die Strömungsverbindung zwischen dem Lenkaggregat 4 und Hydraulikzylinder 5 wird mittels Hydraulikleitungen 13 und 14 durchgeführt, die jeweils mit einer der Kammern im Hydraulikzylinder 5 zur Beaufschlagung des Kolbens 15 verbunden sind. Über das Lenkventil im Lenkaggregat 4, dessen Position vom aktuellen Lenkwinkel δS abhängt, wird festgelegt, welche der beiden Kammern des Hydraulikzylinders 5 befüllt werden.
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An das Lenkaggregat 4 ist zudem eine Überströmleitung 12 angeschlossen, über die bei gefülltem Hydraulikzylinder 5 Fluid zurück in den Tank 7 gefördert wird.
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Das hydrostatische Lenksystem 1 ist als Aktivlenkung ausgeführt mit einem Überlagerungslenkgetriebe 16 und einem zugeordneten elektrischen Stellmotor 17. Das Überlagerungslenkgetriebe 16 ist in die Lenkwelle 3 integriert, die zweigeteilt ist und einen oberen, mit dem Lenkrad 2 verbundenen Lenkwellenabschnitt 3a und einen unteren, mit dem Lenkaggregat 4 verbundenen Lenkwellenabschnitt 3b aufweist. Bei einer Betätigung des Stellmotors 17 wird im Überlagerungslenkgetriebe 16 ein Zusatzlenkwinkel δM erzeugt, der zu dem Lenkwinkel δS zum resultierenden Lenkwinkel bzw. Ritzelwinkel δS, addiert wird. Die Höhe des Zusatzlenkwinkels δM hängt von der Betätigung des Stellmotors 17 ab, wobei sowohl eine Vergrößerung als auch eine Verkleinerung des resultierenden Lenkwinkels δS,d möglich ist.
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Die Stelleinheit im Lenksystem, insbesondere der Stellmotor 17, welcher das Überlagerungslenkgetriebe 16 einstellt, werden über Stellsignale eines Regel- bzw. Steuergeräts 18 eingestellt, in welchem Messsignale verarbeitet werden. Die Stellsignale können auch zur Einstellung der Hydraulikpumpe 6 sowie gegebenenfalls der Lenkventile im Lenkaggregat 4 herangezogen werden.
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Auch in 2 ist ein hydrostatisches Lenksystem 1 dargestellt, welches jedoch im Unterschied zur Ausführung nach 1 ohne Überlagerungslenkgetriebe ausgestattet ist. Die Funktionsweise des hydrostatischen Lenksystems läuft analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel ab, es wird insoweit auf die oben stehende Beschreibung verwiesen.
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Das Lenksystem 1 gemäß 2 ist jedoch mit einer hydraulischen Zusatzeinrichtung 19 versehen, die zwischen dem Lenkaggregat 4 und dem Hydraulikzylinder 5 angeordnet ist. Die Hydraulikleitungen 13 und 14, die von dem Lenkaggregat 4 verzweigen, münden zunächst in die hydraulische Zusatzeinrichtung 19, von der aus zwei weitere Leitungen verzweigen, die mit den jeweiligen Kammern des Hydraulikzylinders 5 verbunden sind. Die hydraulische Zusatzeinrichtung 19 stellt ein aktives Stellglied dar, über die der Hydraulikdruck bzw. die Hydraulikströmung zwischen dem Lenkaggregat 4 und dem Hydraulikzylinder 5 modifiziert werden kann. Die Modifizierung erfolgt in Abhängigkeit von Stellsignalen des Regel- bzw. Steuergeräts.
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Das Verfahren zur Einstellung des hydrostatischen Lenksystems gemäß 1 wird anhand der Schaubilder nach 3 und 4 erläutert, in denen Winkel-Zeit-Diagramme mit den Kurvenverläufen des tatsächlichen Ist-Lenkwinkels δS, des Soll-Lenkwinkels δS,d und des Radlenkwinkels δW dargestellt sind.
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Wie 3 zu entnehmen, wird der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel δS im Zeitraum zwischen t1 und t3 kontinuierlich vergrößert, wohingegen von t3 bis t4 der Lenkwinkel wieder bis zum Erreichen der Neutralstellung zurückgeführt wird. Im Zeitabschnitt zwischen t1 und t2 erfolgt ein kontinuierlicher Anstieg des Lenkwinkels δS mit einer konstanten Lenkwinkelgeschwindigkeit, welche innerhalb zulässiger Grenzen liegt. Über einen vorgegebenen Referenzzusammenhang wird im Lenksystem zugleich der Radlenkwinkel δW bis zum Erreichen eines Anschlages δ a / w erhöht. Zum Zeitpunkt t2 wird von den Rädern ein mechanischer Endanschlag erreicht, der zugehörige Radlenkwinkel beträgt δ a / w .
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Aufgrund der fehlenden mechanischen Kopplung zwischen dem Lenkrad bzw. der Lenkwelle und den lenkbaren Rädern kann das Lenkrad auch bei Erreichen des Endanschlags der Räder weitergedreht werden. Dieser Sachverhalt ist anhand des Kurvenverlaufs des Lenkwinkels δS im Zeitraum zwischen t2 und t3 dargestellt, in welchem der Lenkwinkel δS weiter ansteigt, verglichen mit einer gepunktet dargestellten Kurve des Soll-Lenkwinkelverlaufs δS,d, welcher im Zeitraum zwischen t2 und t3 konstant ist. Diese Abweichung, die zum Zeitpunkt t3 ihr Maximum erreicht, stellt eine Differenz zwischen dem Ist-Lenkwinkel δS und dem Soll-Lenkwinkel δS,d dar, zugleich ist eine Abweichung vom Referenz- bzw. Sollzusammenhang zwischen Lenkwinkel δS und Radlenkwinkel δW gegeben. Diese Abweichung äußert sich in einer Schiefstellung der Räder, was dazu führt, dass ohne Kompensationsmaßnahmen bei einem Rückdrehen des Lenkrades zur Neutralstellung die lenkbaren Räder nicht in die Geradeausrichtung zeigen, sondern noch einen Winkelausschlag besitzen.
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Zur Kompensation der Abweichung zwischen Lenkwinkel δS und Soll-Lenkwinkel δS,d agiert das Zusatzaggregat im Lenksystem. Im Falle eines Überlagerungslenkgetriebes wird der tatsächliche Lenkwinkel δS im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 durch Überlagerung mit dem Überlagerungslenkwinkel auf die Kurve des Soll-Lenkwinkels δS,d zurückgeführt. Mit Erreichen des Zeitpunkts t4 fällt der Lenkwinkel δS mit dem Soll-Lenkwinkel δS,d wieder zusammen, so dass der Referenzzusammenhang zwischen Lenkwinkel und Radlenkwinkel wiederhergestellt ist und die Räder in der Neutralstellung des Lenkrads wieder in Geradeausrichtung zeigen.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Korrektur über das Zusatzaggregat dargestellt. Der Lenkwinkelanstieg erfolgt im Zeitraum zwischen t1 und t2, wobei zum Zeitpunkt t2 der Radlenkwinkel δW noch nicht den Anschlag erreicht hat, dem der Radlenkwinkel δ a / w zugeordnet ist. Aufgrund einer hohen Lenkwinkelgeschwindigkeit wird jedoch bereits im Zeitraum zwischen t1 und t2 eine Abweichung zwischen Ist-Lenkwinkel δS und Soll-Lenkwinkel δS,d eingestellt, was physikalisch darin begründet ist, dass das Lenkrad schneller eindreht, als das hydrostatische Aggregat aufgrund des begrenzten Volumenstroms die Räder lenken lässt. Zum Zeitpunkt t2 ist die Abweichung zwischen Ist- und Soll-Lenkwinkel maximal, was ohne eine Korrektur bei einer Rückführung des Lenkwinkels bis zur Neutralstellung zu einem Radschiefstand führen würde.
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Im Zeitraum zwischen t2 und t3 erfolgt kein weiterer Lenkwinkeleinschlag, so dass die Kurven für den Lenkwinkel δS, den Soll-Lenkwinkel δS,d und den Radlenkwinkel δW konstant sind. Im Zeitraum zwischen t3 und t4 erfolgt die Rückführung des tatsächlichen Lenkwinkels δS auf die Sollkurve δS,d durch Erzeugen eines Zusatzlenkwinkels im Überlagerungslenkgetriebe. Zum Zeitpunkt t4 fällt der Ist-Lenkwinkel δS swieder mit dem Soll-Lenkwinkel δS,d zusammen.
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Die Kompensation im Falle einer Abweichung zwischen dem Ist-Lenkwinkel δS und dem Soll-Lenkwinkel δS,d kann auch über die hydraulische Zusatzeinrichtung durchgeführt werden, die gemäß 2 im hydrostatischen Lenksystem zwischen dem Lenkaggregat 4 und dem Hydraulikzylinder 5 angeordnet ist. In diesem Fall wird jedoch nicht der Ist-Verlauf des Lenkwinkels modifiziert, sondern der Radwinkel δW. Das Ergebnis ist aber in beiden Fällen, dass der Referenzzusammenhang zwischen dem tatsächlichen Lenkwinkel δS und dem Radlenkwinkel δW wiederhergestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkaggregat
- 5
- Hydraulikzylinder
- 6
- Hydraulikpumpe
- 7
- Tank
- 8
- Rad
- 9
- Rad
- 10
- Pumpleitung
- 11
- Rückflussleitung
- 12
- Überströmleitung
- 13
- Hydraulikleitung
- 14
- Hydraulikleitung
- 15
- Kolben
- 16
- Überlagerungslenkgetriebe
- 17
- Stellmotor
- 18
- Regel- bzw. Steuergerät
- 19
- hydraulische Zusatzeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3808866 C2 [0002, 0003]
