DE3414891A1

DE3414891A1 - Wahlweise auf manuelles lenken oder auf selbsttaetige querfuehrung umschaltbare lenkeinrichtung fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3414891A1
Application number: DE19843414891
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Mehren
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB2158022A; FR2563172A1; GB8509667D0; DE3414891C2; GB2158022B; FR2563172B1

Description

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Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 771/4

Stuttgart EPT jw-ke

17. April 1984

"Wahlweise auf manuelles Lenken oder auf selbsttätige Querführung umschaltbare Lenkeinrichtung für Fahrzeuge"

Die Erfindung betrifft eine wahlweise auf manuelles Lenken oder auf selbsttätige Querführung umschaltbare Lenkeinrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus einer Informationsschrift des Bundesministers für Forschung und Technologie : Nahverkehrsforschung, 1982, Seiten 49-54, als bekannt hervorgeht.

Für die auf elektronische Weise bewirkte selbsttätige Querführung von Fahrzeugen ist in die Oberfläche von Fahrbahnen ein stromdurchflossenes Leitkabel eingelassen, dessen Verlauf einen Sollweg darstellt, dem das Fahrzeug folgen soll.Um diesen stromdurchflossenen Leiter, wie es das Leitkabel darstellt, baut sich ein elektromagnetisches Feld auf, dessen Stärke mit zunehmendem Abstand vom Leiter abnimmt. Aus der Größe des in fahrzeugfesten Meßspulen induzierten Stromes, kann ein abstandsproportionales Signal gewonnen werden, aus dem die relative Querlage des Fahrzeugs zum Leitkabel errechnet werden kann.Die Querlagensignalen entsprechenden Antennensignale der aus Meßspulen aufgebauten Antennenanordnung wird zusammen mit einer

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Reihe weiterer Fahrdaten, wie beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit, dem augenblicklichen Lenkwinkel usw. verarbeitet, und daraus gegebenenfalls ein Steuersignal errechnet. Das Steuersignal dient dazu gegebenenfalls den Lenkwinkeleinschlag zu verändern, um dem vorgegebenen Sollweg folgen zu können. Nach einem Hydraulikschema der eingangs zitierten Schrift, wird das elektrische Steuersignal auf ein elektro-hydraulisches Steuerventil gegeben, dessen Verstimmung die eine Seite eines Arbeitskolbens mit dem Rücklauf und die andere mit der Druckversorgung verbindet.Der Arbeitskolben gehört zu einem Stellzylinder, der wenigstens mittelbar die Räder für ein entsprechendes Lenkmanöver verschwenkt.Für den konventionell, manuell gelenkten Betrieb steht eine davon völlig unabhängige Servolenkung zur Verfügung. Während der elektronisch quergeführten Fahrt ist der üblicherweise im Lenkgetriebegehäuse integrierte Arbeitszylinder der Servolenkung wirkungslos gesetzt, indem der Druckaufbau in den Zylinderkammern durch eine geöffnete Bypass-Verbindung verhindert wird. Bei manuell gelenkter Fahrt bleibt dagegen das im Bypass befindliche Ventil geschlossen. Außer der Lenkeinrichtung für manuellen Betrieb ist also für Querführung eine weitere unabhängige Lenkeinrichtung vorgesehen, mit selbständigem Stellzylinder und Steuerventil. Der technische Aufwand für das zusätzliche Hydrauliksystem ist also beträchtlich, ferner wird Einbauraum benötigt, um die beträchtliches Zusatzgewicht erbringenden hydraulischen Anlagen anbauen zu können. Nachteilig ist auch, daß bei quergeführtem Betrieb notfalls

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die Lenkung nicht einfach durch manuellen Eingriff des Fahrers am Lenkrad vorgenommen werden kann, sondern zuerst eine Umschaltung des Bypass-Ventils erfolgen muß.

Ein ähnlich aufwendiges Hydrauliksystem ist auch als Lenkeinrichtung nach der US-PS 24 24 288 vorgesehen. Hier erfolgt die Querführung jedoch durch optische Verfolgung eines hellen durchgehenden Leitstreifens auf der Fahrbahn.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das hydraulische System zu vereinfachen, dadurch kleiner zu bauen und Gewicht einzusparen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der in der Servolenkung für manuelles Lenken enthaltene Arbeitszylinder dient nunmehr auch bei elektronisch quergeführter Fahrt als Lenkzylinder. Dies wird dadurch erreicht, daß das zugehörige Steuerventil sowohl bei Handlenkung als auch auch bei spurgeführter Fahrt zur Regelung des Hydraulikflusses von und zum Arbeitszylinder dient.Bei quergeführter Fahrt wird die Stellung des Steuerschiebers des Steuerventils hydraulisch gesteuert, indem die Stirnseiten des Steuerschiebers durch dem Lenkmanöver entsprechende Kräfte beaufschlagt werden. Die Steuerung des Druckmittelflusses zu den Stirnseiten des Steuerschiebers erfolgt durch ein elektro-hydraulisches Vorsteuerventil,das entsprechend den Ausgangssignalen einer elektronischen Regeleinrichtung

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verstimmt wird, die dem Verlauf des Sollwegs entsprechende Steuersignale abgibt. Da vom Vorsteuerventil nur kleine Drücke zu steuern sind, kann es entsprechend dimensioniert werden. Ferner wird das Gewicht und Einbauvolumen eines weiteren Arbeitszylinders eingespart.

Vorteilhaft ist auch, daß der Hydraulikkreis auch ursprünglich nur für manuelle Lenkung ausgelegter Lenkeinrichtungen in einfacher Weise nach- bzw. umgerüstet werden kann, um auch als hydraulisches System für die elektronisch quergeführte Spurfahrt zu dienen. Ferner ist vorteilhaft, daß bei Benutzung eines bisher schon bewährten Hydrauliksystems die Sicherheit gegen Fehlfunktion erheblich größer ist.Vorteilhaft ist weiterhin, daß in einem Notfall der Fahrer ohne weitere Maßnahmen sofort die Lenkfunktion übernehmen kann, indem er einfach am Lenkrad eingreift und die am Steuerventil wirkenende Kraft übersteuert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung dargestellt, und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt die einzige Figur einen hydraulischen Schaltplan einer Servolenkeinrichtung, zusammen mit Axialschnitten durch das Lenkgetriebe und das zugehörige Steuerventil, sowie mit einem schaltsymbolisch dargestellten elektro- hydraulischen Steuerventil, das seine Steuerimpulse von einem funktionsschematisch dargestellten Regelkreis zur elektronischen Querführung erhält.

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Die Servolenkung 1 besitzt ein Lenkgetriebegehäuse 2, das zugleich als Servozylinder 3 für einen Arbeitskolben 4 ausgebildet ist. Der Arbeitskolben 4 teilt zwei Arbeitskammern 5,6 gegeneinander ab, die über Anschlüsse 7,8 und Druckraittelleitungen 9,10 mit einem Steuerventil 11 verbunden sind. Der Steuerschieber 13 des Steuerventils 11, das in das Lenkbetriebegehäuse 2 integriert ist, und dessen Achse sich quer zur Ausdehnungsrichtung der Lenkspindel 14 erstreckt, besitzt, eine Ringnut 12, in welche das zur Lenkmutter einteilige Lenklineal 16 eingreift.Die Lenkmutter 15 ist auf der Lenkschnecke 17 mittels eines Kugelumlaufs 18 schraubbeweglich gelagert. Die Lenkspindel 14 ist im Lenkgetriebegehäuse 2 zwar drehbar jedoch axial unverschiebbar gehaltert. Die Lenkmutter 15 ist relativ zur Lenkschnecke 17 in axialer Bewegungsrichtung nur gleichzeitig mit dem Arbeitskolben 4, sowie einem ebenfalls auf der Lenkspindel 14 geführten Zahnstangenabschnitt bewegbar. Der Zahnstangenabschnitt 19 trägt an seinem Umfang ein Zahnstangenprofil 20, das mit einem Zahnsegment 21 zusammenarbeitet,welches drehfest mit dem Lenkstockhebel 22 verbunden ist.Der Anschluß 50 des Steuerventils 11 ist ständig mit einer Druckmittelpumpe 23 verbunden, die vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs betrieben wird.Die Anschlüsse 51 und 52 des Steuerventils dienen als Rücklaufbohrungen für das von der Druckmittelpumpe 23 bzw. von den Arbeitskammern 5,6 des Servozylinders 3 herkommende Druckmittel. Die Anschlüsse 51 und

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52 sind mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung 70 verbunden, die zum Rücklaufbehälter 31 führt. Über die Anschlüsse 53 und 54 des Steuerventils 11 kann über die Leitungen 9,10 Druckmittel zu den Anschlüssen 7,8 des Servozylinders 3 und zu den Arbeitskammern 5,6 gelangen . Die Anschlüsse 51 und 58 führen zu den Endkammern 24,25 im Ventilgehäuse,in die die Stirnseiten 26,27 des Steuerschiebers 13 hineinragen. Die Anschlüsse 57 und 58 sind über Leitungen 71 und 72 sowie 73 unter Zwischenschaltung zweier Konstantdrosseln 28 und 29 untereinander verbunden. Die Leitung 73 besitzt ferner im Bereich zwischen den Konstantdrosseln 28,29 eine Verbindung zur Rücklaufleitung 70. In Stromrichtung gesehen liegt hinter der Verzweigung ein Druckregulierventil 30, das zur Vorspannung des Druckmittelrücklaufstromes im davorliegenden Leitungsabschnitt dient. Es hält unabhängig vom Volumenstrom den hydraulischen Druck im entsprechenden Leitungsabschnitt der Rücklauleitung 70 konstant, sofern nicht das 2/2 -Wege-Ventil in einer Umgehungsleitung 74 zum Druckregulierventil geöffnet ist. Die Endkammern 24,25 sind jeweils auch über Leitungen 75,76 ohne Zwischenschaltung der Konstantdrosseln 28,29 mit einem Vorsteuerventil 34 verbunden. Die Leitungen 75 und 76 sind im übrigen durch ein 4/2 -Wege-Ventil 33 unterbrechbar. Vom Vorsteuerventil 34 , einem elektro-hydraulischen Steuerventil, führt eine Rücklaufleitung 77 direkt zum Rücklaufbehälter 31.

Steuerventil 11 und Vorsteuerventil 34 werden vorzugsweise als drosselnde Wegeventile ausgebildet.

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Sie arbeiten beispielsweise nach dem Rrinzip der offenen Mitte mit jeweils vier Steuerkanten. Neben einer mittleren Neutralstellung gibt es eine unendliche Anzahl von Zwischenschaltstellungen mit veränderlicher Drosselwirkung. Das heißt also, je nach Bedarf werden Drosselstellen in entsprechenden Leitungen jeweils gegensinnig mehr oder weniger weit geöffnet oder geschlossen und dadurch eine Drosselung bzw. Erhöhung des Volumenstroms und damit eine Regulierung der Arbeitsdrücke hinter den Drosselstellen gegeben. Der Steuerschieber 13 des Steuerventils 11 ist durch eine vorgespannte Zentrierfeder 37 in einer mittleren Neutralstellung zentriert.Die verschiedenen Schaltstellungen des elekto-hydraulischen Vorsteuerventils 34 werden durch die elektrischen Steuerimpulse des Regelkreises für die elektronische Querführung erzeugt. Der elektronische Regelkreis besteht in seinen wesentlichen Bauelementen aus einer Antennenanordnung 100, beispielsweise Spulen, in denen ein von der augenblicklichen Querlage des Fahrzeugs abstandsabhangiges Feldstärkesignal erzeugt wird und an eine Regeleinrichtung 101 weitergegeben wird. Unterhalb der Fahrbahnoberfläche 103 ist ein stromdurchflossenes, einen Sollweg vorgebendes. Leitkabel 104 verlegt, das das durch einige konzentrische Linien 105 konstanter Feldstärke angedeutete elektromagnetische Feld erzeugt. Das Abgriffsglied in Form eines Stiftes 110, der an einer mit dem Lenkstockhebel 22 fest verbundenen Kurvenscheibe 111 anliegt, soll andeuten, daß kontinuierlich der augenblickliche tatsächliche

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Lenkwinkel gemessen wird. Die Richtung, in der Meß- und Steuersignale übergeben werden, werden durch durchgezogene Linien mit Pfeilen zwischen den einzelnen Regelgliedern dargestellt. Das von der Regeleinrichtung 101 ausgehende Steuersignal wird in einem Verstärker 106 verstärkt und in einem Vergleichsglied 107 mit dem tatsächlichen Lenkwinkel verglichen. Ist der Soll-Winkel und der Ist-Winkel unterschiedlich, so wird durch einen Elektromagneten des Vorsteuerventils 34 eine entsprechende Schaltstellung herbeigeführt.

Bei manueller Fahrt verschließt das Wege-Ventil 33 wie gezeichnet den Durchgang durch die Leitungen 75 und In diesem Fall ist das Wege-Ventil 32 geöffnet. Der Steuerschieber 13 des Steuerventils 11 wird, sofern die Vorspannung der Feder 37 überwunden wird, mechanisch durch Drehen am Lenkrad aus seiner Neutrallage verschoben. Wird der Steuerschieber 13 beispielsweise nach links ausgelenkt, kann über Anschluß 50 der in Neutrallage des Steuerschiebers sofort über Anschlüsse 51 und 52 zur Rücklaufleitung zurückfließende Druckmittelstrom von der Druckmittelpumpe 23 zum Anschluß 54 und von dort in die Arbeitskammer 5 fließen. Dagegen ist der Durchgangsquerschnitt vom Anschluß zu Anschluß 53 verkleinert,ebenso wie der Durchgang über den Anschluß 52 zum Rückflußbehälter 31. Weiter geöffnet werden dagegen die Drosselquerschnitte im Durchgang vom Anschluß 53 zum Anschluß 51, so daß aus der Arbeitskammer 6 des Servozylinders 3 Druckmittel

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ungehindert zum Rücklaufbehälter 31 abfließen kann. Durch die Druckdifferenz wird der Arbeitskolben 4 nach rechts verschoben, was einem Lenkeinschlag nach rechts entsprechen würde. Nachdem der gewünschte Lenkeinschlag erzielt wurde, ist ein weiterer Nachfluß von Druckmittel und die Aufrechterhaltung der Druckdifferenz am Arbeitskolben 4 nicht mehr erforderlich und der Steuerschieber 13 kehrt wiederum in seine neutrale Mittellage zurück, da an seinem gegabelten Ende über das Lenklineal 15 keine Kraft mehr aufgebracht wird. Erst wenn in die umgekehrte Richtung gelenkt wird, wird der Steuerschieber 13, sofern Servounterstutzung erforderlich ist, in die entgegengesetzte Steuerlage ausgelenkt.

Wahlweise ist es nunmehr auch möglich das Fahrzeug elektronisch gesteuert zu führen. Die Verstimmung des Steuerschiebers 13 erfolgt hierbei nicht über am Lenkrad aufgebrachte Momente, durch die der Steuerschieber 13 durch das Lenklineal 16 verstimmt wird. Zunächst sind die Wege-Ventile 32 und 33 umzuschalten, so daß das von der Druckmittelpumpe 23 geförderte Druckmittel über das Vorsteuerventil 34 zum Rücklaufbehälter 70 zurückfließen muß. Das von der Druckmittelpumpe 23 geförderte Druckmittel fließt zunächst über die Anschlüsse 51 und 52 in die Leitung 70, die über die Konstantdrosseln 28 und 29 mit den zu den Endkammern 25 und 26 führenden Leitungen 71 und 72 verbunden ist. Je nach Schaltstellung des Vorsteuerventils 34 wird das Druckmittel in den Leitungen 75 und 76 mehr oder weniger aufgestaut,so daß sich eine Druckdifferenz in den

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Endkammern 25 und 26 ausbilden kann. Infolge dieser Druckdifferenz ist am Steuerschieber 13 eine Axialkraft wirksam, die den Steuerschieber 13 verstimmt, so daß die Arbeitskammern 5 und 6 des Servozylinders 3 mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden. Durch Regelung der Größe der Druckdifferenz am Steuerschieber 13 kann also der Servozylinder 3 der Servolenkung 1 für den Lenkbetrieb bei selbsttätiger Querführung benutzt werden. Es ist dazu jedoch nötig mittels des Vorsteuerventils 34 den Rückfluß durch die Leitungen 75 und 76 entsprechend gegensinnig zu vermindern oder zu vergrößern. Nur in einer Neutralster^ lung kann durch beide Leitungen 75 und 76 jeweils gleichviel Druckmittel abfließen. In diesem Fall wird der augenblickliche Lenkeinschlag nicht verändert. Das elektro-hydraulische Vorsteuerventil 34 wandelt ein analoges elektrisches Eingangssignal in ein ähnliches analoges, fluidisches Ausgangssignal um. Das elektrische Steuersignal geht aus vom Vergleichsglied 107 des elektronischen Regelkreises, und wird über unterbrochen dargestellte elektrische Leitungen den Elektromagneten des Vorsteuerventils 34 zugeführt. Die Regeleinrichtung 101 ist beispielsweise ein Mikroprozesseor, der sämtliche erforderliche Meßwerte verarbeitet und daraus ein Sollwinkelsignal ermittelt, das über den Verstärker 106 dem Vergleichsglied 107 zugeht. Weicht der Sollwinkel vom Istwinkel ab, so ergeht ein entsprechendes Steuersignal vom Vergleichsglied 107. In besondereren Notfällen kann es erforderlich sein, daß möglichst schnell auf manuelle Lenkung

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übergegangen wird. Dies kann einfach dadurch geschehen, daß der Fahrer am Lenkrad eingreift und ein Lenkmoment aufbringt, das so groß ist, daß die vom Lenklineal in den Steuerschieber 13 eingeleitete Kraft größer als die aus der Druckdifferenz an den Stirnseiten herrührende Druckkraft ist.

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Claims

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Patentansprüche

( 1. !Wahlweise auf manuelles Lenken oder auf selbsttätige Querführung umschaltbare Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, mit einem hydraulischen Servolenkgetriebe, mittels dessen dem Servolenkgetriebe zugeordneten Arbeitszylinder hilfskraftunterstützt ein mit dem Lenkungsgestänge gekoppeltes Abtriebsglied verstellbar antreibbar ist,wobei die Steuerung der Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens bei manuellem Lenken durch mechanische Verstellung des Steuerschiebers eines Steuerventils erfolgt, ferner mit einer bei der selbsttätigen Querführung des Fahrzeuges wirksamen Querlagen- Regeleinrichtung, die nach Maßgabe der Abweichung der Ist-Querlage des Fahrzeugs von seiner Soll- Querlage ein entsprechend großes elektrisches Signal erzeugt, das zur Steuerung eines elektro- hydraulischen Steuerventils -EHS-Ventil- dient,das seinerseits wenigstens mittelbar die Druckbeaufschlagung eines Stellglieds für die selbsttätige Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder steuert,

dadurch gekennzeichnet, daß auch bei elektronisch quergeführter Fahrt der dem Servolenkgetriebe zugeordnete Arbeitszylinder als Stellglied für die selbsttätige Verstellung der lenkbaren

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Fahrzeugräder dient, und das EHS-Ventil zur hydraulischen Steuerung des weiteren Steuerventils dient.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten des Steuerventils druckbeaufschlagbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkammern (24,25) des Steuerventils (11) einerseits jeweils an eine gemeinsame Druckmittelförderquelle angeschlossen sind, die zwischen Konstantdrosseln liegt, und andererseits über jeweils gegensinnig verstellbare Drosselquerschnitte des EHS-Ventils mit einem Rücklaufbehälter verbunden sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung (70) mittels eines Drucksteuerventils (30) der Druckmittelrücklauf des Steuerventils (11) aufgestaut ist, und dieser Leitungsabschnitt als gemeinsame Druckmittelförderquelle dient.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum EHS-Ventil führenden Leitungen für manuelles Lenken mittels eines Schaltventils unterbrechbar sind.