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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Hilfskraftlenkung mit einer Ventileinrichtung, die eine variable Blende zur Steuerung eines Fluidstromes von einer Quelle zu einer Druckkammer eines Hydraulikzylinders oder zu einer Bypass-Reglung aufweist, wobei die Steuerung des Fluidstromes in Relation zu der Größe und Richtung einer durch eine Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkbewegung erfolgt, und wobei die variable Blende einen durch einen Elektromagneten regelbaren Regelpin und eine Drossel mit einer Drosselbohrung aufweist.
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Eine gattungsgemäße hydraulische Hilfskraftlenkung ist aus der
EP 1 108 638 A1 bekannt.
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Eine hydraulische Hilfskraftlenkung bzw. ein Verfahren zur Regelung der Strömung von Hydraulikfluid in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeuges ist auch aus der
EP 0 189 965 B1 bekannt. Durch derartige hydraulische Hilfskraftlenkungen wird die von einem Fahrer aufzubringende Kraft zur Durchführung von Lenkbewegungen reduziert bzw. hydraulisch unterstützt. Derartige Hilfskraftlenkungen sind ebenfalls aus der Praxis hinlänglich bekannt.
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Als vorteilhaft und energetisch günstig hat sich bei hydraulischen Hilfskraftlenkungen der Einsatz einer Bypass-Regelung herausgestellt, durch die der Systemdruck von beispielsweise 7 bar und der daraus resultierende Volumenstrom im Lenksystem reduziert werden kann, wenn keine Lenkbewegung vorgegeben wird. Hierzu wird, wie aus der gattungsgemäßen Schrift bekannt, die bisher eingesetzte konstante Regelblende durch eine variable Blende ersetzt. Durch eine Verkleinerung der Blendenöffnung wird der Ölstrom, ohne dass der Fahrer dies bemerkt, abgesenkt und mittels der Bypass-Regelung unter Umgehung des Lenksystemes zurückgefördert. In bekannter Weise sinkt damit das zu fördernde Volumen und der Förderdruck.
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Die variable Blende wird, wie sich auch aus der gattungsgemäßen Schrift, der
EP 1 108 638 A1 , ergibt, durch einen Elektromagneten betätigt.
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Von Nachteil bei der gattungsgemäßen Schrift, wie auch bei allen anderen bekannten hydraulischen Hilfskraftlenkungen mit einer derartigen variablen Blende, ist, dass bei einer Störung, insbesondere im stromlosen Zustand des Elektromotors, die Schaltstellung in eine Extremposition fährt. D. h. die variable Blende ist entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Dies führt dazu, dass im hydraulischen Lenkkreis im Störungsfall entweder zu viel oder zu wenig hydraulischer Druck vorhanden ist. Daraus resultiert, dass die Lenkung entweder zu leichtgängig oder zu schwergängig ist. Bei voller hydraulischer Unterstützung kann hierbei der Extremfall auftreten, dass bei schneller Autobahnfahrt schlagartig eine hohe hydraulische Lenkunterstützung anliegt, die zu einem unkontrollierbaren Fahrverhalten führen kann. Im anderen Extremfall, wenn die variable Blende vollständig bzw. nahezu vollständig geschlossen ist, lässt sich das Fahrzeug im langsamen Stadtverkehr nur schwergängig und mühevoll steuern, sodass auf plötzliche Ereignisse schlecht reagiert werden kann. Aus einer Störung resultiert somit in beiden Fällen ein sicherheitskritisches Fahrverhalten.
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Bei der Realisierung von hydraulischen Hilfskraftlenkungen mit variablen Blenden sind daher Untersuchungen angestrebt worden, welcher der beiden Fälle bei einem Ausfall unkritischer ist. Hierzu bestehen verschiedene Meinungen. In jedem Fall müssen sicherheitstechnische Kompromisse gemacht werden.
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Bei einer Gestaltung des Regelpins mit einem Steuerglied bzw. einem Regelkonus gemäß der 1 der gattungsgemäßen Schrift wird der Regelpin im stromlosen Zustand des Elektromagnets durch die Strömungskraft in Richtung des Elektromagnets gedrückt, wodurch das Ventil vollständig öffnet und die Lenkung folglich leichtgängig ist.
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Bei anderen aus der Praxis bekannten Bauformen der variablen Blende bzw. des Regelpins kann vorgesehen sein, dass das Steuerglied in Strömungsrichtung vor der Drosselbohrung der Blende angeordnet ist, sodass das Steuerglied bei einer Störung durch die Strömungskraft des Fluids auf die Drosselbohrung gedrückt wird und diese vollständig bzw. nahezu vollständig verschließt. Daraus resultiert eine entsprechend schwergängige Lenkung.
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Aus der Praxis sind auch Blenden mit einem Drehsteller bekannt, die bei einem Ausfall in der momentanen Lage stehenbleiben. D. h. die Öffnung der Blende ist ebenfalls nicht kontrollierbar und kann auch in diesem Fall Extrempositionen einnehmen.
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Aufgrund der unterschiedlichen Meinungen, welche der beiden Extrempositionen sicherheitstechnisch unkritischer ist, müssen, wie eben beschrieben, Blenden mit verschiedenen Bauformen eingesetzt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile von hydraulischen Hilfskraftlenkungen mit variablen Blenden zu löse insbesondere ein sicherheitstechnisch möglichst unkritisches Fahrverhalten bei einer Störung bzw. im stromlosen Zustand des Elektromagnets zu gewährleisten und variable Blenden zu schaffen, die kostengünstig sowie konstruktiv einfach herstellbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Regelpin zwei Steuerglieder aufweist, wobei das erste Steuerglied die Steuerung des Fluidstromes in Relation zu der Lenkbewegung und das zweite Steuerglied einen Notbetrieb im Störungsfall regelt.
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Dadurch, dass der Regelpin zwei Steuerglieder aufweist, lässt sich in vorteilhafter Weise eine variable Regelung der Blende für den Normalbetrieb in Relation zu der Größe und Richtung einer durch eine Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkbewegung erzielen. Bei einer Störung bzw. im stromlosen Zustand des Elektromagneten ergibt sich aufgrund der Strömungskraft eine bestimmte Stellung des Regelpins. Das erste und das zweite Steuerglied sind dabei derart angeordnet, dass in dieser Stellung das erste Steuerglied aus dem Bereich der Blendenöffnung bzw. der Drosselbohrung der Drossel bewegt wird und sich das zweite Steuerglied im Bereich der Blende befindet. Das zweite Steuerglied kann dabei in einfacher Weise derart ausgestaltet werden, dass sich ein definierter Blendenquerschnitt, d. h. eine definierte Blendenöffnung ergibt.
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Durch den Einsatz von zwei Steuergliedern wird eine Funktionstrennung erreicht, die in vorteilhafter Weise eine optimale Lösung im Störungsfall bietet. Die zur Verfügung stehende Blendenöffnung kann durch das zweite Steuerglied derart beeinflusst werden, dass eine ausreichende hydraulische Unterstützung vorhanden ist, die im Stadtbereich eine angemessene Lenkreaktion ermöglicht, ohne dass bei einer schnellen Autobahnfahrt kritische Fahrsituationen aufgrund einer übermäßigen Leichtgängigkeit der Lenkung verursacht werden.
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Unabhängig von der bisherigen Philosophie, ob im Störfall eher eine leichtgängige oder eine schwergängige Lenkung bevorzugt wird, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne nennenswerte konstruktive Änderungen für alle hydraulischen Hilfskraftlenkungen eingesetzt werden. Ob die Lenkung im Störfall eher schwergängig oder eher leichtgängig ist, kann in kostengünstiger und konstruktiv einfacher Weise durch die Dimensionierung des zweiten Steuergliedes bestimmt werden. Die Ventileinrichtung bzw. die variable Blende kann ansonsten konstruktiv identisch ausgestaltet sein.
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Mit der variablen Blende ist durch das erste Steuerglied eine Regelung des Volumenstroms in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit und der Lenkgeschwindigkeit möglich. Eine weitere Verbesserung der hydraulischen Hilfskraftlenkung kann erzielt werden, wenn der Lenkwinkel bei der Regelung des Volumenstroms ebenfalls berücksichtigt wird. Bei eingeschlagenen Rädern sollte der Volumenstrom nicht abfallen, um die Lenkunterstützung konstant zu halten. Darüber hinaus sind weitere Einflussgrößen aus dem ABS- und ESP-Bereich denkbar, um die Fahrstabilität zu unterstützen. Als zusätzliche Signale können auch der Beladungszustand oder fahrerindividuelle Einstellungen eingehen. Ebenfalls kann die Motordrehzahl als Parameter verwendet werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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1 eine Ventileinrichtung mit einer variablen Blende und einem Regelpin mit zwei Steuergliedern in einem normalen Betriebszustand, in dem das für den Regelbetrieb vorgesehene erste Steuerglied die Drosselbohrung nahezu vollständig verschließt; und
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2 eine Ventileinrichtung mit einer variablen Blende und einem Regelpin mit zwei Steuergliedern in einem Notfallbetriebszustand, in dem das für den Störfall vorgesehene zweite Steuerglied im Bereich der Drosselbohrung angeordnet ist.
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Hydraulische Hilfskraftlenkungen sind beispielsweise aus der
EP 1 108 638 A1 und der
EP 0 189 965 B1 auch bezüglich der Verfahren zur Regelung der Strömung von Hydraulikfluid in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeuges hinlänglich bekannt, weshalb hierauf im nachfolgenden nicht näher eingegangen wird. Zur Reduzierung des Drucks im Lenksystem und somit zur Energieeinsparung werden hierbei bekannte Bypass-Regelungen eingesetzt.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Ventileinrichtung 1 einer hydraulischen Hilfskraftlenkung mit einer variablen Blende 2, die zur Steuerung eines Fluidstromes von einer Quelle zu einer Druckkammer eines Hydraulikzylinders oder zu einer Bypass-Regelung ausgebildet ist. Die Steuerung erfolgt dabei in Relation zu der Größe und Richtung einer durch eine Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkbewegung. Dabei können weitere Parameter, wie z. B. Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel, Beladungszustand des Fahrzeugs, Lenkgeschwindigkeit, Motordrehzahl und Einflussgrößen aus dem ABS und ESP einfließen. Wie bereits erwähnt, sind hydraulische Hilfskraftlenkungen hinlänglich bekannt, sodass die Quelle, beispielsweise bestehend aus einem Druckbehälter und einer Pumpe, die Druckkammer des Hydraulikzylinders sowie die Lenkhandhabe zur Vorgabe einer Lenkbewegung und die Bypass-Reglung im Ausführungsbeispiel nicht dargestellt sind.
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Wie aus 1 ersichtlich, weist die variable Blende 2 einen Regelpin 3 und eine Drossel 4 mit einer Drosselbohrung 5 auf. Der Regelpin 3 ist durch einen Elektromagneten 6 regelbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elektromagnet als Proportionalmagnet 6 ausgebildet und im Bereich des von der Drosselbohrung 5 abgewandten Endes des Regelpins 3 angeordnet. An diesem Ende des Regelpins 3 befindet sich ein Magnetanker 7. Wie aus 1 ersichtlich ist, definiert der Magnetanker 7 dabei auch den Regelbereich, d. h. den Bereich innerhalb dessen der Regelpin 3 verschiebbar ist. Im allgemeinen beträgt dieser Regelbereich 1 bis 4, vorzugsweise 2 mm. Durch den Magnetanker 7 ergibt sich außerdem ein mechanischer Vorderanschlag 8 und ein Endanschlag 9. Der Magnetanker 7 wird in einer Bohrung einer nicht magnetischen Hülse 10 geführt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Elektromagnet 6 dabei mittels eines Sprengringes 11 fixiert.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der Regelpin 3 weitgehend innerhalb eines Adapters 12 und weist an seinem von dem Magnetanker 7 abgewandten Ende ein erstes Steuerglied 13 und ein zweites Steuerglied 14 auf. Das erste Steuerglied 13 ist, wie aus den Figuren ersichtlich, als Regelkonus 13 ausgebildet. Der Regelkonus 13 dient dabei der Steuerung des Fluidstromes in Relation zu der vorgegebenen Lenkbewegung im Regelbetrieb, d. h. im Normalbetrieb. Je nach Fahrsituationen wird durch die Steuerung des Fluidstromes eine hydraulische Lenkunterstützung erzeugt, sodass die Lenkung zwischen leichtgängig und schwergängig beliebig variierbar ist.
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Durch die magnetische Kraft des Elektromagnets 6 wird der Regelpin 3 in die Drosselbohrung 5 gedrückt und somit die Blende 2 weiter geschlossen bzw. der Blendenöffnungsdurchmesser verkleinert. Mehr oder weniger magnetische Kraft bedeutet, dass der Strömungswiderstand größer oder kleiner wird.
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Das zweite Steuerglied 14 ist für einen Notbetrieb im Störungsfall, beispielsweise für einen Ausfall des Elektromagnets, insbesondere wenn sich dieser im stromlosen Zustand befindet, ausgebildet. In diesem Zustand wird der Regelpin 3 durch die Strömungskraft des Fluids in Richtung des Elektromagnets 6 gedrückt. Der Regelkonus 13 entfernt sich aus dem Bereich der variablen Blende 2. Folglich öffnet sich die Blendenöffnung bzw. die variable Blende 2 vollständig. Durch die Strömungskraft des Fluides kommt das zweite Steuerglied 14 (wie in 2 dargestellt) in den Bereich der Blende 2 und erzeugt eine definierten Störungsblendenöffnung bzw. einen Störungs-Regelquerschnitt.
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Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist das zweite Steuerglied 14 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als tellerförmige Erweiterung am Ende des Regelpins 3 ausgebildet. Das zweite Steuerglied 14 sowie der Regelkonus 13 können einstückig mit dem Regelpin 3 ausgebildet sein.
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Wie sich aus 2 ergibt, begrenzt der Endanschlag 9 die Bewegung des Regelpins 3 in Richtung auf den Elektromagneten 6. Der Endanschlag 9 ist dabei derart ausgestaltet, dass sich eine gewünschte Positionierung des zweiten Steuergliedes 14 im Bereich der Drosselbohrung 5 ergibt.
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Selbstverständlich sind für den Fachmann auch weitere Möglichkeiten denkbar, um die durch die Strömungskraft des Fluids bedingte Bewegung des Regelpins 3 an einer gewünschten Stelle zu beenden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten Steuerglieds 14 kann darin bestehen, dass sich eine Störungs-Blendenöffnung für einen mittleren Volumenstrom des Fluids ergibt. Ein mittlerer Volumenstrom dürfte die optimale Notfallsteuerung im Störfall darstellen.
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Wie sich aus 1 ergibt, ist das zweite Steuerglied 14 derart ausgebildet und angeordnet, dass die Steuerung des Fluidstroms durch den Regelkonus 13 in Relation zu der Lenkbewegung ungestört möglich ist. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Drossel 4 in dem Bereich, in dem das zweite Steuerglied 14 im störungsfreien Fall (wie in 1 dargestellt) angeordnet ist, einen Querschnitt aufweist, der ein ungehindertes Fließen des Fluids ermöglicht. Je nach Ausgestaltung kann der Innendurchmesser der Drossel 4 dabei auch ein Vielfaches des Durchmessers des zweiten Steuergliedes 14 aufweisen.
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Durch die Ausgestaltung des Regelpins 3 mit einem Regelkonus 13 und einem zweiten Steuerglied 14 ergeben sich für die Ventileinrichtung 1 zwei Schaltstellungen. Eine Schaltstellung für den Regelbetrieb und eine Schaltstellung, die sich automatisch im Störfall einstellt.
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Wie sich aus 1 ergibt, wird durch den Vorderanschlag 8 ein vollständiges Schließen der Drosselbohrung 5 durch den Regelkonus 13 verhindert. Der Regelkonus 13 kann prinzipiell beliebig, beispielsweise auch kegelförmig, ausgebildet sein. Alternativ dazu kann auch die Drosselbohrung andere vorteilhafte Formen aufweisen.
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Als vorteilhaft hat sich die Ausgestaltung der Ventileinrichtung 1 als Proportionalventil herausgestellt. Hierzu sind aus der Praxis auch verschiedene, von dem Ausführungsbeispiel abweichende Formen für den Fachmann naheliegend. Wesentlich bei dem Proportionalventil ist, dass eine Proportionalität bei der Ansteuerung der variablen Blende 2 bzw. eine Wegabhängigkeit der Magnetkraft erreicht wird. Hierbei sollten ”Sprünge” vermieden werden.
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Zur Steuerung des Volumenstroms des Fluids agiert der Regelkonus 13 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Steuerkante 15 der Drosselbohrung 5.
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Das in dem Ausführungsbeispiel dargestellte zweite Steuerglied 14 kann verschiedene Ausbildungen, beispielsweise in Form von Erweiterungen, einem Fortsatz oder dergleichen aufweisen.
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In vorteilhafter Weise ist für Ventile stromlos Auf/Zu nur eine Konstruktion notwendig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventileinrichtung
- 2
- variable Blende
- 3
- Regelpin
- 4
- Drossel
- 5
- Drosselbohrung
- 6
- Elektromagnet
- 7
- Magnetanker
- 8
- Vorderanschlag
- 9
- Endanschlag
- 10
- Hülse
- 11
- Sprengring
- 12
- Adapter
- 13
- erstes Steuerglied
- 14
- zweites Steuerglied
- 15
- Steuerkante
