DE19617522C2 - Fahrzeuglenkung mit hydraulischem Stellaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkung ohne mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahr­ zeugrädern.

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.

Die DE 42 42 441 C1 zeigt eine Servosteuerung für Kraftfahr­ zeuge, bei der ein Lenkhandrad bzw. eine Lenkhandhabe mecha­ nisch mit den gelenkten Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. In Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern übertragenen Kräften bzw. Momenten wird eine hydraulische Servoventilanordnung betätigt, die ihrerseits einen hydraulischen Servomotor steuert, der eine Servokraft erzeugt, um die an der Lenkhandhabe aufzubringende Handkraft entsprechend zu vermindern. Die Servoventilanordnung umfaßt zwei Rückwirkungskammern, die bei Steuerhüben des Servoventi­ les ihre Volumen gegenläufig ändern, d. h. das Volumen der ei­ nen Rückwirkungskammer wächst an, während das Volumen der an­ deren Rückwirkungskammer abnimmt. Die Drücke in den Rückwir­ kungskammern lassen sich parameterabhängig verändern, mit der Folge, daß auch die an der Lenkhandhabe aufzubringende Hand­ kraft parameterabhängig verändert wird. Damit kann beispiels­ weise erreicht werden, daß sich die Fahrzeuglenkung bei ge­ ringer Geschwindigkeit, etwa bei Rangiermanövern, mit gerin­ ger Handkraft betätigen läßt, während bei höherer Fahrge­ schwindigkeit höhere Handkräfte notwendig werden.

Die DE 43 30 338 C1 zeigt eine weitere hydraulische Ser­ vosteuerung für Kraftfahrzeuge, bei der die Lenkhandhabe bzw. das Lenkhandrad und die gelenkten Fahrzeugräder wiederum me­ chanisch zwangsgekoppelt sein sollen. Der Steuerhub des Ser­ voventiles hängt einerseits von dem zwischen Lenkhandhabe bzw. Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern übertragenen Kräften ab. Andererseits kann mittels eines doppeltwirkenden Verdrängerorgans auf das Servoventil eine Stellkraft ausgeübt werden. Die Steuerung des doppeltwirkenden Verdrängerorganes bzw. der davon erzeugten Stellkraft erfolgt in Abhängigkeit von vorzugebenden Parametern, und zwar derart, daß eine ex­ terne Steuerung des Fahrzeuges möglich ist, um beispielsweise in kritischen Fahrsituationen einen automatischen Lenkein­ griff vornehmen zu können.

Aus der DE 34 14 891 A1 ist es bekannt, eine hydraulische Servosteuerung eines Kraftfahrzeuges, bei der eine Lenkhand­ habe bzw. ein Lenkhandrad und die gelenkten Fahrzeugräder me­ chanisch zwangsgekoppelt sind, so auszubilden, daß das Fahr­ zeug wahlweise vom Fahrer oder fahrerlos bzw. ohne Mitwirkung des Fahrers gesteuert werden kann. Für die letztere Betriebs­ weise ist am hydraulischen Servoventil wiederum ein doppelt­ wirkendes Verdrängeraggregat ausgebildet, welches extern steuerbar ist und auf das Servoventil eine dementsprechend extern steuerbare Stellkraft auszuüben vermag.

Die DE-Druckschrift "BLUMENSTOCK, K.-U.: Chip lenkt mit - Servolenkung mit Elektronik In : Mot-Technik, 1987, Heft 2, S. 48-52" befaßt sich allgemein mit Rückwirkungssteuerungen an Servolenkungen, wobei wiederum die notwendige Handkraft parameterabhängig veränderbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Lenksystem der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches sich durch hohe Zuver­ lässigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Fahrzeuglenkung gemäß Anspruch 1 gelöst.

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 und

Fig. 2 ein Schnittbild einer für die Erfindung geeigneten doppeltwirkenden 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 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 Schiebers 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 Ende 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.

Claims (3)

1. Fahrzeuglenkung ohne mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe (30) und gelenkten Fahrzeugrädern, mit einem hy­ draulischen Stellaggregat (10), welches mit den gelenkten Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist, und einer zur Steuerung des Stellaggregates (10) dienenden hydraulischen Servoventi­ lanordnung (1), welche eine durch ihre Steuerteile (4,5;35) gebildete bzw. damit mechanisch zwangsgekoppelte doppeltwir­ kende Verdrängeranordnung mit zwei ihr Volumen bei Verdrän­ gerhüben gegensinnig ändernden Verdrängerkammern (14, 15; 36, 37) aufweist, sowie mit einer Drucksteuerung (16, 17) für diese Verdrängerkammern, wobei die Lenkhandhabe (30) einen Sollwertgeber (29) für einen an den gelenkten Fahrzeugrädern einzustellenden Lenkwinkel und die gelenkten Fahrzeugräder bzw. damit gekoppelte Lenkgetriebeteile einen Istwertgeber (31) für den Lenkwinkel betätigen und die Len­ kung durch die in Abhängigkeit von einer Soll-Istwert-Ab­ weichung des Lenkwinkels arbeitende Drucksteuerung (16,17) sowie die dadurch bewirkten Steuerhübe der Servoventilanord­ nung und die davon gesteuerten Stellhübe des Stellaggregates (10) 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 (16, 17) verbunden sind.