DE19617522A1 - Fahrzeuglenkung mit hydraulischem Stellaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkung mit hydraulischem Stellaggregat und zu dessen Steuerung dienender hydraulischer Servoventilanordnung, welche eine durch ihre Steuerteile ge­ bildete bzw. damit mechanisch zwangsgekoppelte doppeltwirken­ de Verdrängeranordnung mit zwei ihr Volumen bei Verdrängerhü­ ben gegensinnig ändernden Verdrängerkammern aufweist, sowie mit einer Drucksteuerung für diese Verdrängerkammern.

Mit Ausnahme sehr leichter und kleiner Personenkraftwagen be­ sitzen heute sämtliche Kraftfahrzeuge eine hydraulische Ser­ volenkung. Dabei wird ein hydraulisches Stellaggregat in Ab­ hängigkeit von den zwischen den Fahrzeuglenkrädern und dem damit mechanisch zwangsgekoppelten Lenkhandrad wirksamen Kräften bzw. Momenten gesteuert, indem die Servoventilanord­ nung durch Teile gesteuert wird, die sich relativ zueinander durch die vorgenannten Kräfte und Momente verstellen.

Für hochwertige Fahrzeuge kann die Servolenkung so ausgebil­ det sein, daß die am Lenkhandrad aufzubringenden Handkräfte parameterabhängig veränderbar sind. Beispielsweise können die aufzubringenden Handkräfte von der Fahrgeschwindigkeit abhän­ gen, etwa derart, daß die Lenkung mit zunehmender Geschwin­ digkeit schwergängiger wird.

Für eine derartige parameterabhängige Steuerung der Servolen­ kung ist es bekannt, die eingangs genannte doppeltwirkende Verdrängeranordnung vorzusehen und die Verdrängerkammern mit einem steuerbaren Druck zu beaufschlagen. In der Regel wird dabei die Drucksteuerung so vorgenommen, daß die Verdrän­ geranordnung mit gegebenenfalls modulierten Drücken des hy­ draulischen Stellaggregates beaufschlagt werden, d. h. die An­ schlüsse des hydraulischen Stellaggregates kommunizieren auch mit einer parameterabhängigen Drucksteuervorrichtung.

Inzwischen werden auch Konzepte für automatische Lenkeingrif­ fe entwickelt, die beispielsweise vorgesehen sind, um ein Fahrzeug bei Seitenwindböen oder Schleuderbewegungen mehr oder weniger weitgehend automatisch zu stabilisieren und so dem Fahrer die Beherrschung des Fahrzeuges in schwierigen Si­ tuationen zu erleichtern. Vergleichbare Konzepte werden be­ reits im Flugzeugbau verwirklicht, indem eine autonome Steue­ rung gegebenenfalls unzulässige oder übermäßig gefährliche Manöver des Piloten verhindert.

Im Flugzeugbau ist es auch bekannt, bei der Steuerung von Flügelklappen und Leitwerken auf eine Zwangskopplung dieser Teile mit einer Steuerhandhabe zu verzichten und lediglich eine Wirkverbindung zwischen den Flügelklappen und Leitwerken und der Steuerhandhabe mittels einer Regelstrecke vorzusehen, wobei die Steuerhandhabe einen Sollwertgeber betätigt und die Flügelklappen bzw. Leitwerke dann mittels eines Rechners in Abhängigkeit von einem Soll-Istwert-Vergleich betätigt wer­ den. Dieses auch als "Fly by wire" genannte Konzept, welches insbesondere auch die autonomen Steuereingriffe eines Überwa­ chungsrechners erleichtert, ist inzwischen derart sicher, daß es auch in Passagierflugzeugen serienmäßig eingesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine vorteilhafte Lösung für autonome Lenkeingriffe bzw. für Lenkungssysteme ohne me­ chanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und Fahr­ zeuglenkrädern zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lenkung durch die in Abhängigkeit von einer Soll-Istwert- Abweichung arbeitende Drucksteuerung sowie die dadurch be­ wirkten Steuerhübe der Servoventilanordnung und die davon ge­ steuerten Stellhübe des Stellaggregates steuerbar ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die dop­ peltwirkende Verdrängeranordnung mit einer Drucksteuerung zu kombinieren, die zur Verstellung der Servoventilanordnung hinreichende Drücke erzeugen und damit über die Verstellung der Servoventilanordnung auch das hydraulische Stellaggregat der Lenkung und somit die Fahrzeuglenkräder zu steuern ver­ mag. Damit können weitestgehend bekannte und seit langem be­ währte, zuverlässige Systeme eingesetzt werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild einer nach Art einer Drehschieber­ anordnung ausgebildeten Servoventilanordnung mit doppeltwirkender Verdrängeranordnung zur externen Steuerung,

Fig. 2 ein Schnittbild einer für die Erfindung geeigneten doppeltwirkenden Verdrängeranordnung und

Fig. 3 ein Schnittbild einer weiteren Servoventilanordnung mit doppeltwirkender Verdrängeranordnung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Servoventilanordnung 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges ein erstes Drehschieber­ teil 2 mit zwei darin ausgebildeten parallelen Schieberräumen 3 und darin verschiebbaren kolbenartigen Schiebern 4 und 5 sowie ein in Fig. 1 nicht näher dargestelltes zweites Dreh­ schieberteil, welches relativ zum ersten Drehschieberteil 2 drehbar und mit den kolbenartigen Schiebern 4 und 5 mittels bolzenartiger Fortsätze 6 derart mechanisch zwangsgekoppelt ist, daß bei einer Relativdrehung des zweiten Drehschieber­ teiles relativ zum ersten Drehschieberteil 2 die kolbenarti­ gen Schieber 4 und 5 innerhalb ihrer Schieberräume 3 in rela­ tiv zueinander entgegengesetzten Richtungen verschoben wer­ den. Der eine Schieber 4 wird in Fig. 1 dann beispielsweise in Aufwärtsrichtung bewegt, während sich der andere Schieber 5 in Abwärtsrichtung verschiebt.

Die Schieber 4 und 5 besitzen jeweils einen Mittelabschnitt mit gegenüber dem Durchmesser der Schieberräume 3 verminder­ tem Querschnitt sowie kolbenartige Endbereiche 4′, 4′′ sowie 5′ und 5′′.

Die Schieberräume 3 besitzen in Fig. 1 obere Endbereiche, die mit einer Druckquelle, im dargestellten Beispiel mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe 7, verbunden sind. An diese Endbereiche der Schieberräume 3 schließen sich jeweils erwei­ terte Bereiche an, die über Leitungen 8 und 9 mit den beiden Seiten eines doppeltwirkenden hydraulischen Kolben- Zylinder- Aggregates 10 verbunden und an ihren axialen Enden durch Steuerkanten 11 und 12 begrenzt sind, die in weiter unten er­ läuterter Weise mit den in Fig. 1 oberen kolbenartigen Endbe­ reichen 4′ und 5′ der Schieber 4 und 5 zusammenwirken.

Ein zwischen den kolbenartigen Endbereichen 4′ und 4′′ bzw. 5′ und 5′′ der Schieber 4 und 5 verbleibender Bereich der Schie­ berräume 3 ist ständig mit einem relativ drucklosen Hydrau­ likreservoir 13 verbunden, mit dem auch die Saugseite der Hy­ draulikpumpe kommuniziert.

Die in Fig. 1 unteren kolbenartigen Endbereiche 4′′ und 5′′ der Schieber 4 und 5 teilen innerhalb der Schieberräume 3 endsei­ tige Kammern 14 und 15 ab, die über eine durch ein elektroni­ sche Steuerung 16 automatisch betätigbares Proportionalventil 17 miteinander bzw. jeweils entweder mit dem Hydraulikreser­ voir 13 oder der Druckseite der Hydraulikpumpe 7 bzw. einer weiteren Hydraulikpumpe 28 verbindbar sind, die saugseitig ebenfalls an das Hydraulikreservoir 13 angeschlossen ist.

Die elektronische Steuerung 16 ist eingangsseitig mit Senso­ ren für unterschiedliche Parameter verbunden. Im dargestell­ ten Beispiel erhält die elektronische Steuerung 16 die Signa­ le eines Sollwertgebers 29, der von einem durch den Fahrer betätigten Lenkhandrad 30 gesteuert wird und einen Lenkwinkel der nicht dargestellten Fahrzeuglenkräder oder einen Stellhub eines die Fahrzeuglenkräder betätigenden Lenkgetriebeteiles od. dgl. vorgibt. Außerdem erhält die Steuerung 16 die Signale eines Wegsensors 31, welcher im dargestellten Beispiel der Kolbenstange des Kolben-Zylinder-Aggregates 10 zugeordnet ist, welches mechanisch mit den Fahrzeuglenkrädern zu deren Lenkbetätigung zwangsgekoppelt ist.

Des weiteren kann die Steuerung 16 noch die Signale weiterer Sensoren 32 erhalten, die beispielsweise die Fahrzeugge­ schwindigkeit und sonstige Parameter des Fahrzustandes des Fahrzeuges erfassen.

Die elektronische Steuerung 16 bestimmt aus den Eingangs­ signalen einen einzustellenden Lenkwinkel der Fahrzeuglenkrä­ der bzw. einen Stellhub des Kolben-Zylinder-Aggregates 10 und steuert die Stellmagnete des Proportionalventiles derart an, daß sich die Schieber 4 und 5 analog zu der Differenz zwi­ schen dem einzustellenden Lenkwinkel und dem über den Sensor 31 ermittelbaren tatsächlichen Lenkwinkel verschieben, d. h. die Schieber 4 und 5 verstellen sich in Fig. 1 in Aufwärts- sowie in Abwärtsrichtung. Wenn dabei beispielsweise der Schieber 4 nach oben und der Schieber 5 nach unten verschoben wird, wird der Spalt zwischen dem kolbenartigen Ende 4′ des Schieber 4 und der Steuerkante 11 des zugeordneten Schieber­ raumes 3 verengt, während gleichzeitig der Spalt zwischen dem kolbenartigen Ende 4′ und der Steuerkante 12 des in Fig. 1 linken Schieberraumes 3 erweitert wird. Am kolbenartigen 5′ des Schiebers 5 erweitert sich dagegen der Spalt an der Steu­ erkante 11, während sich der Spalt an der Steuerkante 12 ver­ engt. Diese gegenläufigen Schieberbewegungen haben dann zur Folge, daß sich an der Leitung 9 ein deutlich höherer Druck als an der Leitung 8 einstellt und dementsprechend am Kolben- Zylinder-Aggregat 10 eine entsprechende Druckdifferenz auf­ tritt, die den Kolben in Fig. 1 nach links zu schieben sucht. Im Ergebnis werden damit ein Stellhub des Kolben-Zylinder- Aggregates 10 sowie eine entsprechende Lenkverstellung der Fahrzeuglenkräder erreicht.

Die elektronische Steuerung 16 kann gegebenenfalls auch Si­ gnale von Sensoren zur Erfassung von Seitenwindeinflüssen u. dgl. verarbeiten und entsprechende Lenkkorrekturen zum Aus­ regeln von Fahrzeugbewegungen aufgrund von Windeinflüssen veranlassen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besitzt eine nicht näher dargestellte Servoventilanordnung zwei relativ zueinander drehbare Teile 33 und 34, wobei das Teil 34 einen Radialfortsatz 34′ aufweist, der innerhalb des Teiles 33 be­ grenzt schwenkbar ist. Dieser Radialfortsatz 34′ ist mit einem Kolben 35 zwangsgekoppelt, der innerhalb einer Bohrung im Teil 33 zwei Kolbenarbeitsräume 36 und 37 voneinander ab­ trennt. Diese Kolbenarbeitsräume 36 und 37 sind wiederum über das mittels elektronischer Steuerung 16 betätigbare Propor­ tionalventil 17 miteinander bzw. der Druckseite einer Hydrau­ likpumpe 28 oder dem Hydraulikreservoir 13 verbindbar, so daß die Teile 33 und 34 durch entsprechende Steuerung des Propor­ tionalventiles 17 relativ zueinander verstellbar sind. Diese Verstellung hat zur Folge, daß das nicht dargestellte Servo­ ventil entsprechend verstellt wird und in grundsätzlich glei­ cher Weise, wie es anhand der Fig. 1 erläutert wurde, ein mit den Fahrzeuglenkrädern mechanisch zwangsgekoppeltes hydrauli­ sches Stellaggregat steuert.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist ein nicht dargestell­ tes, vom Fahrer betätigtes Lenkhandrad mit einer Welle 38 an­ triebsverbunden, die ihrerseits über einen Spindelabschnitt 39 und eine nur begrenzt drehbare Kugelumlaufmutter 40 mit einem Kolben 41 antriebsverbunden ist, derart, daß eine Dre­ hung der Welle 38 zu einer Längsverschiebung des Kolbens 41 führt und die Volumen zweier Kolbenarbeitsräume 42 und 43 ge­ gensinnig verändert werden, d. h. das Volumen des einen Kol­ benarbeitsraumes wird größer, während das Volumen des anderen Kolbenarbeitsraumes kleiner wird.

Außerdem ist der Kolben 41 über eine seitliche Verzahnung mit einem Zahnsegment 44 antriebsverbunden, welches seinerseits mechanisch mit den nicht dargestellten Fahrzeuglenkrädern zwangsgekoppelt ist. Im Ergebnis führen also Lenkverstellun­ gen der Fahrzeuglenkräder zu einer Drehung der Welle 38, bzw. eine Drehung der Welle 38 bewirkt eine Lenkverstellung der Fahrzeuglenkräder.

Die zusammen mit dem Kolben 41 axial verschiebbare Kugelum­ laufmutter 40 besitzt einen Radialfortsatz 40′, welcher in Fig. 3 gesondert dargestellt ist und Schwenkbewegungen der Kugelumlaufmutter 40 auf einen Schieber 45 einer Servoventi­ lanordnung 46 überträgt. Damit kann der Schieber 45 in Abhän­ gigkeit von den zwischen Kolben 41 und Spindelabschnitt 39 wirksamen Kräften und Momenten verstellt werden, mit der Fol­ ge, daß die Kolbenarbeitsräume 42 und 43 über die Leitungen 8 und 9 in unterschiedlicher Weise mit der Druckseite der Hy­ draulikpumpe 7 bzw. mit dem Hydraulikreservoir 13 verbunden werden und der Kolben 41 einen entsprechenden Stellhub in der einen oder anderen Richtung auszuführen sucht.

An den Stirnenden des Schiebers 45 sind innerhalb des Schie­ bergehäuses jeweils eine Kammer 47 bzw. 48 angeordnet, die ihre Volumen gegensinnig ändern, wenn sich der Schieber 45 in der einen oder anderen Richtung relativ zum Schiebergehäuse bewegt. Diese Kammern 47 und 48 sind über das Proportional­ ventil 17 wiederum steuerbar miteinander bzw. mit einer hy­ draulischen Druckquelle oder Pumpe 28 bzw. dem Hydraulikre­ servoir 13 verbindbar. Das Proportionalventil 17 wird wieder­ um in grundsätzlich gleicher Weise, wie es anhand der Fig. 1 erläutert wurde, von der elektronischen Steuerung 16 betä­ tigt, mit der Folge, daß der Schieber 45 gegebenenfalls auch durch unterschiedliche Druckbeaufschlagungen der Kammern 47 und 48 verstellt und damit in den Kolbenarbeitsräumen 42 und 43 des Kolben 41 eine entsprechende Druckdifferenz einge­ stellt werden kann.

Der Schieber 45 wird durch ein Tellerfederpaket 49 ständig in eine Mittellage gedrängt, so daß auch der Fortsatz 40′ der Ku­ gelumlaufmutter 40 seine Mittelstellung einzunehmen sucht.

Claims (4)

1. Fahrzeuglenkung mit hydraulischem Stellaggregat und zu dessen Steuerung dienender hydraulischer Servoventilanord­ nung, welche eine durch ihre Steuerteile gebildete bzw. damit mechanisch zwangsgekoppelte, doppeltwirkende Verdrängeranord­ nung mit zwei ihr Volumen bei Verdrängerhüben gegensinnig än­ dernden Verdrängerkammern aufweist, sowie mit einer Druck­ steuerung für diese Verdrängerkammern, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkung durch die in Abhängigkeit von einer Soll- Istwert-Abweichung arbeitende Drucksteuerung (16) sowie die dadurch bewirkten Steuerhübe der Servoventilanordnung (1, 2) und die davon gesteuerten Stellhübe des Stellaggregates (10; 41, 42, 43) steuerbar ist.

2. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoventilanordnung als Drehschieberanordnung ausge­ bildet ist, deren Schieberteilen (4, 5) zwei Kammern (14, 15) zugeordnet sind, die ihr Volumen bei Schieberhüben gegensin­ nig ändern.

3. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit einer Servoventilanordnung zwangsgekoppelte Tei­ le (33, 34) den Hub eines Kolbens (35) steuern und damit die Volumen zweier im einen Teil ausgebildeter Kolbenarbeitsräume (36, 37) gegensinnig ändern, die mit der Drucksteuerung (17) verbunden sind.

4. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Antriebsübertragung zwischen einer Lenkhandhabe und den Fahrzeuglenkrädern ein Spindelabschnitt (39) und eine darauf bei Drehung des Spindelabschnittes axial verstellbare Kugelumlaufmutter (40) angeordnet sind, die begrenzt drehbar ist und deren Drehhübe den Schieber (45) einer Servoven­ tilanordnung (46) steuern, und daß der Schieber (45) zwei Kammern (47,48) voneinander abteilt, die ihr Volumen bei Schieberhüben gegensinnig ändern und mit der Drucksteuerung (17) verbunden sind.