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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die folgende Beschreibung betrifft ein Fahrzeuglenkunterstützungssystem und insbesondere ein hydraulisches Lenkunterstützungssystem, das eine elektrisch beaufschlagte Hydraulikpumpe aufweist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In manchen Fahrzeugen sind Servolenksysteme konstruiert, um eine hydraulische Unterstützung zu liefern und es somit einem Fahrer zu ermöglichen, eine Kurve des Fahrzeugs vollständig zu fahren. Einige bekannte hydraulische Lenksysteme verwenden ein Lenkgetriebe von der Umlaufkugelart oder ein Lenkgetriebe von der Zahnstangenart, die jeweils nicht die Fähigkeit haben können, Funktionen, wie etwa Parkhilfe, Spurhalten, Geradeauslauf- und Schiefziehkompensation (lead and pull compensation), Fahrerwarnung, aktive Mittenrückstellung, aktive Dämpfung oder Stabilitätssteuerungsunterstützung, durchzuführen. Und solche zusätzlichen Leistungsmerkmale bereitzustellen, ist in der Regel ein System, wie etwa ein Lenksystem mit hydraulisch variablem Kraftaufwand, erforderlich.
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Manche hydraulische Lenksysteme benutzen eine Servolenkpumpe, um Hydraulikdruckfluid an das Lenkgetriebe zu liefern. Jedoch beaufschlagen bekannte Systeme die Servolenkpumpe mit einer Fahrzeugkraftmaschine, die Fahrzeugleistung und Kraftstoff verbraucht. Zusätzlich ist der Fluiddurchfluss der Pumpe eine direkte Funktion der Kraftmaschinendrehzahl. Zum Beispiel ist in der Regel die Kraftmaschinendrehzahl während eines Parkmanövers niedrig und während Autobahnfahrt hoch, was zu niedrigem Durchfluss während des Parkens und hohem Durchfluss während der Autobahnfahrt führt. Von daher kann es sein, dass hydraulische Servolenksysteme mit Drehmomentüberlagerungsfähigkeit nicht in der Lage sind, Parkunterstützung oder andere Leistungsmerkmale zur Verfügung zu stellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Servolenkunterstützungssystem vorgesehen. Das System umfasst eine Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung, die zur Kopplung mit einem Fahrzeuglenkgetriebe ausgestattet ist, und eine Hydraulikpumpe mit einem Elektromotor, wobei die Hydraulikpumpe ausgestaltet ist, um der Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung Hydraulikdruckfluid zuzuführen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug umfasst ein Lenkgetriebe, das funktional mit zumindest einem Straßenrad gekoppelt ist, und ein Servolenksystem mit Hydraulikunterstützung. Das Servolenksystem mit Hydraulikunterstützung umfasst eine Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung, die mit dem Lenkgetriebe gekoppelt ist, und eine Hydraulikpumpe mit einem Elektromotor. Die Hydraulikpumpe ist ausgestaltet, um der Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung Hydraulikdruckfluid zuzuführen.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Servolenksystems mit Hydraulikunterstützung vorgesehen, das eine Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung umfasst, die zur Kopplung mit einem Fahrzeuglenkgetriebe ausgestaltet ist, und eine Hydraulikpumpe mit einem Elektromotor, wobei die Hydraulikpumpe ausgestaltet ist, um der Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung Hydraulikdruckfluid zuzuführen. Das Verfahren umfasst ein Überwachen eines Fahrzeugs, um zu ermitteln, ob eine Bedingung vorliegt, bei der ein Manöver mit Hydraulikunterstützung durchgeführt werden kann, Betreiben der elektrischen Hydraulikpumpe mit einer niedrigen Drehzahl, wenn die Bedingung nicht vorliegt, bei der das Manöver mit Hydraulikunterstützung durchgeführt werden kann, um der Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung Hydraulikdruckfluid mit einem niedrigen Durchfluss zuzuführen, und Betreiben der elektrischen Hydraulikpumpe mit einer hohen Drehzahl, wenn die Bedingung vorliegt, bei der das Manöver mit Hydraulikunterstützung durchgeführt werden kann, um der Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung das Hydraulikdruckfluid mit einem hohen Durchfluss zuzuführen.
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den Zeichnungen deutlicher werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der als die Erfindung angesehene Gegenstand wird in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders herausgestellt und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in welchen:
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1 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung ist;
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2 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Servolenksystems mit Hydraulikunterstützung ist, das die in 1 gezeigte Baugruppe verwenden kann; und
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3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern des in 2 gezeigten Systems ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in welchen die Erfindung mit Bezug auf die spezifische Ausführungsformen, ohne selbige einzuschränken, beschrieben ist, ist in 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer elektronischen Servolenkbaugruppe mit Hydraulikunterstützung 10 für ein Fahrzeug veranschaulicht. Die Baugruppe 10 umfasst im Allgemeinen ein Ventilgehäuse 12 und eine zugehörige Abdeckung 14, die im Allgemeinen eine Magnetaktorbaugruppe 20, eine hydraulische Drehventilbaugruppe 22, eine Lagerbaugruppe 24, einen Differenzdruckübertrager oder -wandler 26 und eine Lenkgetriebekopplungseinrichtung 28 beherbergt. Alternativ kann die Baugruppe 10 eine Lenkschnecke umfassen, die darin anstelle der Kopplungseinrichtung 28 integriert ist.
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In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die Baugruppe 10 eine Eingangswelle 38, die durch ein Lager 40 drehbar abgestützt ist. Die Eingangswelle 38 umfasst eine Bohrung 42, um einen Torsionsstab 44, der ein erstes Ende 46 und ein zweites Ende 48 aufweist, aufzunehmen. Das erste Torsionsstabende 46 ist mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs zur Rotation auf eine herkömmliche Weise gekoppelt, und das zweite Ende 48 ist mit der Kopplungseinrichtung 28 gekoppelt, welche zur Kopplung mit einem existierenden Lenkgetriebe (nicht gezeigt) ausgestaltet ist.
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Die Magnetaktorbaugruppe 20 umfasst eine Permanentmagnet- und Halterbaugruppe 50, welche mit einer Welle 38 gekoppelt ist, und eine Spule 52, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen. Der magnetische Fluss bewirkt, dass die Permanentmagnetbaugruppe 50 rotiert und ein Drehmoment an der Welle 38 erzeugt, welches das effektive Zentrierdrehmoment des Torsionsstabes 44 variiert, um den Grad an Lenkunterstützung zu verändern (z. B. Lenkunterstützungsverstärkungsdruck), welcher für eine gegebene manuelle Lenkeingabe erreicht wird, die an dem Lenkrad des Fahrzeugs getätigt wird.
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In der beispielhaften Ausführungsform ist die hydraulische Drehventilbaugruppe 22 ausgestaltet, um eine hydraulische Unterstützung für den Lenkbetrieb des Fahrzeugs vorzusehen. Die hydraulische Drehventilbaugruppe 22 umfasst Anschlüsse 54, 56 und 58 und eine Dichtung 60.
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In der beispielhaften Ausführungsform ist die Lagerbaugruppe 24 ausgestaltet, um eine Drehbewegung der Lenkgetriebekopplungseinrichtung 28 zu unterstützen. Die in der Baugruppe 10 erzeugte Unterstützung wird durch den Betrag an relativer Winkelverschiebung zwischen der Welle 38 und dem Ventilkörper bestimmt, welcher mit der Kopplungseinrichtung 28 verstiftet ist und mit dieser rotiert. Das erforderliche Drehmoment, um das Ventil zu betätigen, ist ein Ergebnis der Verdrehung in dem Torsionsstab 46, die erfolgt, wenn eine relative Winkelverschiebung zwischen dem Ventilkörper/der Kopplungseinrichtung 28 und der Eingangswelle 46 erzeugt wird. Es ist auch ein Polstück auf den Ventilkörper gepresst, so dass es mit dem Ventilkörper/der Kopplungseinrichtung 28 rotiert. Die relative Winkelverschiebung zwischen dem Ventilkörper/der Kopplungseinrichtung 28 und der Eingangswelle 46 führt auch zu der gleichen Winkelverschiebung zwischen dem Polstück und der Permanentmagnetbaugruppe 50. Wenn die Spule 52 erregt wird, wirkt das Polstück als ein Elektromagnet, welcher mit der Permanentmagnetbaugruppe 50 in Wechselwirkung steht, um entweder ein Rückstelldrehmoment in der Ventilbaugruppe 10 oder ein Drehmoment, um die Ventilbaugruppe 10 zu betätigen, erzeugt.
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In der beispielhaften Ausführungsform ist der Differenzdruckwandler 26 mit dem Gehäuse 12 nahe bei der hydraulischen Drehventilbaugruppe 22 gekoppelt. Der Differenzdruckwandler 26 wandelt Druck in ein elektrisches Signal um. Ein beispielhafter Typ von Druckwandler ist ein Wandler auf Dehnmessstreifenbasis, bei welchem die Umwandlung des Drucks in ein elektrisches Signal durch die physikalische Verformung eines Dehnmessstreifens oder von Dehnmessstreifen erreicht wird, die in die Membran des Druckwandlers eingebunden sind. Die Membran kann helfen, das Sensorelement, wie etwa den Dehnmessstreifen, vor dem Fluid, das gemessen wird, zu schützen. Ein Dehnmessstreifen ist ein Widerstandselement, dessen Widerstand sich mit dem Betrag an daran auftretender Dehnung ändert. Druck, der auf den Wandler aufgebracht wird, kann eine Auslenkung der Membran erzeugen, die eine Dehnung in die Dehnmessstreifen einleitet, was eine elektrische Widerstandsänderung proportional zu dem Druck erzeugt.
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2 veranschaulicht ein elektrohydraulisches Servolenksystem 100, das eine Servolenkbaugruppe 10, eine elektrisch beaufschlagte Hydraulikpumpe 120, ein Fahrzeuglenkrad 130 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser 140 und einen Controller 150 umfasst.
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Die elektrisch beaufschlagte Hydraulikpumpe 120 ist fluidtechnisch mit der Baugruppe 10 durch eine Druckversorgungsleitung 122 und eine Rückführleitung 124 gekoppelt. Die Pumpe 120 umfasst ein in Elektromotor (nicht gezeigt), welcher Leistungs- und Kraftstoffverbrauch im Vergleich mit einer herkömmlichen durch die Fahrzeugkraftmaschine angetriebene Pumpe (z. B. eine Pumpe, die mit der Kraftmaschinenkuppelwelle des Fahrzeugs verbunden und durch diese angetrieben ist) verringert. Von daher ermöglicht der Elektromotor, dass eine Drehzahl der Pumpe 120 unabhängig von der Drehzahl der Kraftmaschine des Fahrzeugs gesteuert werden kann. Dies ermöglicht es, dass die Hydraulikventilbaugruppe 22 für einen vorbestimmten Durchfluss, wie etwa einen niedrigen Durchfluss oder einen hohen Durchfluss, abgestimmt sein kann, um bei der Durchführung eines gewünschten Betriebes oder Manövers des Systems 100 (z. B. Parkhilfe) zu unterstützen.
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Wenn zum Beispiel bei Autobahngeschwindigkeiten die Kraftmaschinendrehzahl des Fahrzeugs hoch ist, kann die elektrisch angetriebene Pumpe 120 mit einer niedrigen Drehzahl betrieben werden und einen niedrigen Fluiddurchfluss an die Baugruppe 10 liefern. Der niedrigere Durchfluss führt zu Gebrauch mit niedriger Leistung, wenn kein hydraulisches Unterstützungsmanöver benötigt wird. Auf die gleiche Weise während eines statischen Parkmanövers, wenn die Kraftmaschinendrehzahl des Fahrzeugs niedrig ist, kann die elektrisch angetriebene Pumpe 120 mit einer hohen Drehzahl betrieben werden, um einen höheren Durchfluss von Hydraulikfluid an die Baugruppe 10 zu liefern. Der höhere Durchfluss sorgt für einen niedrigen Lenkkraftaufwand für den Fahrer, was bei dem Manöver hilft. Mit zusätzlichem Drehmoment, das durch die Magnetaktorbaugruppe 20 geliefert wird, kann die Baugruppe 10 eine volle hydraulische Unterstützung für das Lenkgetriebe liefern, was ermöglicht, dass das System 100 in der Lage ist, Parkhilfe oder andere hierin beschriebene Merkmale zur Verfügung zu stellen.
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In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die elektrisch beaufschlagte Hydraulikpumpe 120 ein Fluidreservoir (nicht gezeigt), um überschüssiges Hydraulikfluid des Systems zu halten. In einer Ausführungsform umfasst die Hydraulikpumpe 120 einen Pumpenrotor (nicht gezeigt), der direkt mit einer Welle des Elektromotors verbunden ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Hydraulikpumpe 120 eine Pumpe und einen Elektromotor, die voneinander getrennt und mit einer Kupplung oder Welle (nicht gezeigt) verbunden sind. Jedoch kann die Hydraulikpumpe 120 jede geeignete Struktur aufweisen, die es ermöglicht, dass die Pumpe 120 wie hierin beschrieben funktioniert. In einer Ausführungsform ist die Hydraulikpumpe 120 elektrisch mit einer elektrischen Leistungsquelle 160, wie etwa einer Fahrzeugbatterie, gekoppelt und nimmt Leistung von dieser auf. Jedoch kann die Hydraulikpumpe 120 durch irgendeine elektrische Leistungsquelle 160 beaufschlagt sein, die es ermöglicht, dass das System 100 wie hierin beschrieben funktioniert.
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In der beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeuglenkrad 130 funktional mit einem Lenkradwinkel- und Lenkradgeschwindigkeitssensor 132 verbunden, welcher mit dem Fahrzeug-Controller 150 in Signalverbindung steht. Der Winkel- und Geschwindigkeitssensor 132 ist ausgestaltet, um einen Lenkwinkel und eine Winkeldrehgeschwindigkeit des Lenkrades 130 zu ermitteln und ein Signal, das diese angibt, an den Controller 150 zu liefern.
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In der beispielhaften Ausführungsform ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser 140 funktional mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 142 verbunden, der mit dem Fahrzeugcontroller 150 in Signalverbindung steht. Der Geschwindigkeitssensor 142 ist ausgestaltet, um eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln und um ein Signal, das diese angibt, an den Controller 150 zu liefern.
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Der Controller 150 steht mit dem Lenkradwinkel- und Lenkradgeschwindigkeitssensor 132 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 142 in Signalverbindung, um jeweilige Lenkwinkel-/Geschwindigkeitssignale und Fahrzeuggeschwindigkeitssignale oder andere Signale (z. B. Drucksignale von einem Drucksensor) zu empfangen. Auf der Basis der Lenkwinkel-/Geschwindigkeitssignale und der Fahrzeuggeschwindigkeitssignale steuert der Controller 150 selektiv die Drehzahl der Hydraulikpumpe 120. Wenn zum Beispiel der Controller 150 Signale empfängt, die anzeigen, dass das Fahrzeug unter einer Bedingung ist, unter der ein hydraulisches Lenkunterstützungsmanöver (z. B. Parkhilfe) durchgeführt oder eingeleitet werden kann, dann erhöht der Controller 150 die Drehzahl der Hydraulikpumpe 120, um den Fluidfluss und/oder Fluiddruck, der der Baugruppe 10 zugeführt wird, zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform steuert der Controller 150 die Drehzahl der Hydraulikpumpe 120 als eine Funktion der Lenkradgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn der Controller 150 Signale empfängt, die eine niedrige Lenkradgeschwindigkeit und eine hohe Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigen, was daraufhin weisen kann, dass das Fahrzeug auf einer Autobahn fährt, steuert der Controller 150 die Hydraulikpumpe 120, um die Drehzahl der Pumpe zu verringern und somit den Leistungsgebrauch und den Pumpenverschleiß zu vermindern.
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Wenn dagegen der Controller 150 Signale empfängt, die eine hohe Lenkradgeschwindigkeit und eine niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit angeben, was darauf hinweisen kann, dass das Fahrzeug ein Parkmanöver durchführt, steuert der Controller 150 die Hydraulikpumpe 120, um die Drehzahl der Pumpe zu erhöhen und somit Hydraulikfluid mit einer Strömung und einem Druck zu liefern, die ausreichen, um das Manöver durchzuführen. Zusätzlich kann ein Fahrer anfordern (z. B. Sprachbefehl, durch Drücken eines Knopfes), das Fahrzeug anzuweisen, ein Manöver (z. B. selbstständiges Parken) durchzuführen. Wenn der Controller 150 die Anforderung detektiert, steuert der Controller 150 die Hydraulikpumpe 120, um die Drehzahl der Pumpe zu erhöhen und somit Hydraulikfluid mit einer Strömung und einem Druck zu liefern, die ausreichen, um das Manöver durchzuführen. Der Controller 150 liefert auch Strom an die Magnetaktorbaugruppe 20, um das Liefern von Drehmoment für das angeforderte Parkmanöver zu ermöglichen.
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3 veranschaulicht ein Verfahren 200 zum Steuern des elektrohydraulischen Servolenksystems 100. Bei Schritt 202 überwacht der Controller 150 Lenkradwinkel- und Lenkradgeschwindigkeitssignale von Sensor 132 und Fahrzeuggeschwindigkeitssignale von Sensor 142. Bei Schritt 204 passt der Controller 150 eine Drehzahl der Hydraulikpumpe 120 auf der Basis der Signale von den Sensoren 132, 142 an und kann auch den Strom zu der Magnetaktorbaugruppe 20 steuern. Genauer betätigt der Controller 150 die Hydraulikpumpe 120 mit einer niedrigen Drehzahl bei Schritt 206, wenn der Controller 150 Signale empfängt, die eine niedrigen Lenkradwinkel und eine niedrige Lenkradgeschwindigkeit und eine hohe Fahrzeuggeschwindigkeit angeben. Bei Schritt 208 betreibt der Controller 150 die Hydraulikpumpe 120 mit einer hohen Drehzahl, wenn der Controller 150 Signale empfängt, die einen hohen Lenkradwinkel und eine hohe Lenkradgeschwindigkeit und eine niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit angeben. Bei Schritt 210 betätigt der Controller 150 die Hydraulikpumpe 120 mit einer hohen Drehzahl, wenn der Controller eine Anforderung für ein hydraulisches Unterstützungsmanöver (z. B. Selbstständiges Parken, Parkhilfe) empfängt. Die Steuerung kehrt dann zu Schritt 202 zurück, um zu ermitteln, ob die Drehzahl der Hydraulikpumpe 120 wieder angepasst werden sollte.
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Hierin sind Systeme und Verfahren beschrieben, die eine elektronisch-hydraulische Servolenkung an einem Lenkgetriebe zur Verfügung stellen. Ein elektrohydraulisches Servolenksystem umfasst eine hydraulische Servolenkbaugruppe, die Fluidtechnisch mit einer elektrisch beaufschlagten Hydraulikpumpe mit einem Elektromotor gekoppelt ist. Die elektrisch beaufschlagte Hydraulikpumpe ermöglicht eine Steuerung des Fluidflusses und des Versorgungsdruckes unabhängig von der Kraftmaschinendrehzahl des Fahrzeugs. Von daher kann der Hydraulikfluiddruck und/oder der Versorgungsdurchfluss selektiv für einen gewünschten Betrieb des Systems angepasst werden, und die Verwendung einer elektrischen Pumpe verringert den Kraftstoff- und Leistungsverbrauch des Fahrzeugs.
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Durch Benutzen einer elektrisch angetriebenen Pumpe zusammen mit einem Drehmomentüberlagerungssystem kann eine Parkhilfe ohne die zusätzlichen Kosten und den zusätzlichen Bauraum eines größeren Aktors erreicht werden. Dies lässt zu, dass der Aktor für die Autobahnfunktionen, wie etwa Geradeauslauf- und Schiefziehkorrektur und so weiter, gemessen werden kann, die keine volle Betätigung des Ventils erfordern. Für Parkmanöver kann die elektrisch angetriebene Pumpe den Durchfluss erhöhen, um nicht nur die herkömmliche Verringerung des Durchflusses bei Leerlauf zu beseitigen, sondern ihn auch über das Autobahnniveau hinaus zu erhöhen. Auf diese Weise können die Parkkraftanstrengungen weiter verringert werden, und dadurch besteht die Möglichkeit, eine vollständige Betätigung mit einem kleineren Drehmomentüberlagerungsaktor durchzuführen.
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Obgleich die Erfindung ausführlich in Verbindung mit nur einer begrenzten Zahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte leicht zu verstehen sein, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um jede beliebige Zahl von Abwandlungen, Abänderungen, Ersetzungen oder äquivalente Anordnungen, die bislang nicht beschrieben wurden, die aber dem Gedanken und Umfang der Erfindung entsprechen, zu enthalten. Obgleich zusätzlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt anzusehen.
