DE4042151A1 - Steuereinrichtung fuer ein vollhydraulisches lenksystem - Google Patents
Steuereinrichtung fuer ein vollhydraulisches lenksystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein
vollhydraulisches Lenksystem mit einem Meßmotorabschnitt,
einem Richtungsabschnitt, der mit dem Meßmotorabschnitt
über einen Fluidpfad verbunden ist, einem Pumpenanschluß,
einem Tankanschluß und zwei Richtungsanschlüssen.
Derartige Steuereinrichtungen werden üblicherweise für
vollhydraulische Lenkungen verwendet. Der Meßmotorab
schnitt fördert dabei vom Pumpenanschluß eine Menge
an Hydraulikfluid zu dem durch die Bewegungsrichtung
des Lenkhandrades vorgegebenen Richtungsanschluß, die
eine Auslenkung des Lenkmotors um die vom Lenkhandrad
zurückgelegte Strecke bzw. den zurückgelegten Winkel
bewirkt. Der Begriff "Lenksystem" soll sich nicht nur
auf Fahrzeuglenkungen beschränken. Unter einem voll
hydraulischen Lenksystem sind alle Systeme zu verstehen,
bei denen eine Auslenkung eines Arbeits- oder Lenkmotors
in Abhängigkeit von der Auslenkung oder Drehung eines
Bedienungshebels oder Lenkhandrades eingestellt wird.
Es kann sich hierbei beispielsweise auch um die Posi
tionierung eines Auslegers einer Arbeitsmaschine handeln.
Um das Verständnis zu erleichtern, wird im folgenden
aber auf eine Fahrzeuglenkung Bezug genommen.
Bei einem vollhydraulischen Lenksystem ist es erwünscht,
eine Übereinstimmung zwischen der Position des Lenkhand
rades und der Position des Lenkmotors zu erhalten. Bei
spielsweise soll ein gelenktes Fahrzeug geradeaus fahren,
wenn sich das Lenkhandrad in der "Geradeaus"-Position
befindet. Aufgrund von Undichtigkeiten oder Leckagen,
die auch durch nicht vollkommen dichtschließende Ventile
oder Kolben im Lenkmotor verursacht sein können, kann
es jedoch vorkommen, daß der Lenkhandradwinkel und der
Lenkmotorwinkel voneinander abweichen. In diesem Fall
ist eine Kompensierung des Lenkwinkelfehlers erwünscht.
Zur Kompensierung ist es beispielsweise aus US-PS
47 03 819 bekannt, Fluid zwischen der Steuereinrichtung
und dem Lenkmotor abzuzweigen und direkt zum Tank zu
leiten, so daß sich das Lenkhandrad weiterdrehen kann,
ohne daß der Lenkmotor dieser Drehung folgen muß. Dadurch
ist es möglich, eine Übereinstimmung zwischen den Posi
tionen des Lenkhandrades und des Lenkmotors zu erzielen.
Hierbei ist es von Nachteil, daß die Konstruktion relativ
aufwendig ist. Für jede Richtung müssen nämlich Ventile
vorgesehen sein. Zudem müssen sie einen relativ großen
Druck aushalten. Der Druck ergibt sich zwar nicht unbe
dingt beim Lenken, d. h. wenn der Lenkmotor betätigt
wird. Er kann sich jedoch dann ergeben, wenn bei ge
schlossener Lenksteuereinrichtung äußere Kräfte auf
die gelenkten Räder oder das gelenkte Rad einwirken,
die das in den Arbeitsleitungen zwischen Lenkmotor und
Lenksteuereinrichtung eingeschlossene Hydraulikfluid
mit Druck beaufschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkfeh
lerkorrektur mit geringerem Aufwand zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einer Steuereinrichtung der ein
gangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Hilfsfluid
pfad mit einer steuerbaren Ventileinrichtung vom Fluid
pfad zwischen Meßmotorabschnitt und Richtungsabschnitt
abzweigt und mit dem Pumpenanschluß und/oder dem Tankan
schluß verbunden ist.
Durch den Hilfsfluidpfad ist es also auf einfache Art
und Weise möglich, die Verdrängung der Steuereinheit
innerhalb gewisser Grenzen zu verändern. Hierbei ist
es nicht mehr notwendig, für jeden Richtungsanschluß,
also für jede Arbeitsleitung, eine getrennte Ventilein
richtung vorzusehen, vielmehr wird der von der Steuerein
richtung geförderte Fluidstrom bereits verändert, bevor
er die einzelnen Richtungsanschlüsse erreicht. Die Zahl
der Ventile kann also halbiert werden. Ferner müssen
die Ventile nur für einen relativ geringen Druck, nämlich
den Lenkdruck, dimensioniert werden. Wenn nicht gelenkt
wird, d. h. wenn die Lenksteuereinrichtung die Verbindung
zwischen der Pumpe und dem Lenkmotor unterbrochen hat,
existiert auch keine Verbindung zwischen dem Lenkmotor
und der Ventileinrichtung. Die Schließkraft der Ventile
kann also gering gehalten werden. Hierdurch wird er
reicht, daß preisgünstigere Ventile verwendet werden
können. Ferner machen sich Undichtigkeiten in den Venti
len nicht so negativ bemerkbar, wie bei einer Anordnung
der Ventile in den Richtungsanschlüssen. Eine Undichtig
keit in der Ventileinrichtung beaufschlagt immer beide
Seiten des Lenkmotors gleichmäßig. Eine Beeinflussung
des Lenkmotors kann aber ohnehin überhaupt nur dann
erfolgen, wenn eine Verbindung von der Ventileinrichtung
über den Richtungsabschnitt mit dem Lenkmotor hergestellt
worden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hilfs
fluidpfad einen Zuführpfad, der mit dem Pumpenanschluß
verbunden ist, und einen Entnahmepfad, der mit dem Tank
anschluß verbunden ist, auf. Über den Zuführpfad kann
eine Vergrößerung der Verdrängung, d. h. der Förder
leistung, der Steuereinrichtung erreicht werden, über
den Entnahmepfad eine Verminderung. Durch das Vorhanden
sein dieser beiden Möglichkeiten läßt sich bei der Bewe
gung des Lenkmotors in jede Richtung sowohl ein Nacheilen
als auch ein Voreilen der Lenkmotorposition gegenüber
der Lenkhandradposition kompensieren.
Bevorzugterweise weist die Ventileinrichtung getaktete
Magnetventile auf. Die Ansteuerung der Magnetventile
erfolgt über ein pulsbreitenmoduliertes Signal. Der
Öffnungsgrad der Magnetventile ergibt sich im Mittel
aus dem Tastverhältnis des pulsbreitenmodulierten Sig
nals, d. h. dem Verhältnis der Länge der Pulse zur Länge
der Perioden. Pulsbreitengesteuerte Magnetventile sind
relativ wenig störanfällig und lassen sich leicht auf
ihre Funktion hin überprüfen. Die Einstellgenauigkeit
läßt sich über die Genauigkeit des pulsbreitenmodulierten
Ansteuerungsignals bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind ein Lenkmotor
winkelsensor und ein Lenkhandradwinkelsensor vorgesehen,
die mit einer Verarbeitungseinrichtung verbunden sind,
wobei die Verarbeitungseinrichtung einen Lenkwinkelfehler
ermittelt und den Fluidstrom im Fluidpfad durch einen
Hilfsfluidstrom im Hilfsfluidpfad verändert, um den
Lenkwinkelfehler zu kompensieren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigt die einzige Figur ein Lenk
system.
Ein Lenksystem 1 weist eine Pumpe 2 auf, die Hydraulik
fluid aus einem Tank 3 zu einer Lenksteuereinrichtung 4
fördert. Die Lenksteuereinrichtung 4 wird von einem
Lenkhandrad 5 betätigt. Die Lenksteuereinrichtung 4
weist einen Pumpenanschluß P auf, der mit der Pumpe 2
verbunden ist, einen Tankanschluß T, der mit dem Tank 3
verbunden ist, und zwei Richtungsanschlüsse L, R, die
mit einem Lenkmotor 6 verbunden sind, genauer gesagt
mit einem linken Arbeitsraum 7 und einem rechten Arbeits
raum 8 im Lenkmotor 6. Die beiden Arbeitsräume 7, 8
sind durch einen Kolben 9 getrennt, an dem eine Kolben
stange 10 befestigt ist, die mit einem nicht dargestell
ten Rad verbunden ist. Wenn sich der Kolben 9 im Lenk
motor 6 bewegt, wird das Rad gelenkt.
Die Lenksteuereinrichtung 4 weist in bekannter Weise
einen mit dem Pumpenanschluß P verbundenen Meßmotorab
schnitt 11 und einen Richtungsabschnitt 12 auf, der
einerseits mit dem Meßmotorabschnitt 11 über einen Fluid
pfad und andererseits mit den Richtungsanschlüssen R, L,
die als Arbeitsanschlüsse dienen, verbunden ist. Beide
Abschnitte werden vom Lenkhandrad 5 gesteuert.
Der Meßmotorabschnitt 11 weist einen Meßmotor 13 auf.
Durch das Lenkhandrad 5 wird im Richtungsabschnitt 12
ein Richtungsventil 14 geöffnet. Fluid kann dann von
der Pumpe 2 über den Meßmotor 13 und den entsprechenden
Richtungsanschluß L, R in den entsprechenden Arbeitsraum
7, 8 des Lenkmotors 6 fließen. Der Meßmotor 13 ermittelt
dabei die durchgeflossene Fluidmenge und schließt das
Richtungsventil 14 wieder, wenn eine dem Drehwinkel
des Lenkhandrads 5 entsprechende Menge an Hydraulikfluid
zum Lenkmotor 6 gelangt ist. Nur solange der Lenkmotor
6 noch nicht eine Position eingenommen hat, die der
Position des Lenkhandrades 5 entspricht, besteht eine
Verbindung zwischen der Pumpe 2 und dem Lenkmotor 6
bzw. dem Lenkmotor 6 und dem Tank 3. Ist diese Überein
stimmung erreicht, d. h. ist eine ausreichende Menge
an Hydraulikfluid in den Lenkmotor 6 geflossen, unter
bricht das Richtungsventil 14 diese Verbindungen.
Parallel zum Meßmotorabschnitt 11 ist eine Ventileinrich
tung 15 angeordnet, die den Meßmotorabschnitt 11 über
brückt. Die Ventileinrichtung 15 zweigt im Fluidpfad
zwischen dem Meßmotorabschnitt 11 und dem Richtungsab
schnitt 12 ab und ist in einem Hilfsfluidpfad 16 angeord
net, der mit dem Pumpenanschluß P bzw. dem Tankanschluß
T verbunden ist. Die Verbindung erfolgt dabei über ein
Plusventil 17, über das Hydraulikfluid von der Pumpe
2 zum Richtungsabschnitt 12 geleitet werden kann, und
ein Minusventil 18, über das Fluid aus dem Fluidpfad
zwischen Meßmotorabschnitt 11 und Richtungsabschnitt
12 zum Tankanschluß T zurückgeleitet, also aus dem Fluid
pfad entnommen werden kann.
Das Plusventil 17 und das Minusventil 18 sind als puls
breitenmodulierte Magnetventile ausgebildet. Diese Mag
netventile haben eine Öffnungsstellung und eine Schließ
stellung. Beim Auftreten eines Pulses gehen sie in die
Öffnungsstellung. Am Ende des Pulses gehen sie wieder
in die Schließstellung und versperren vollständig den
Durchgang für das Fluid. Der Öffnungsgrad derartiger
Ventile wird über das Tastverhältnis, d. h. das Verhält
nis der Pulslänge zur Periodenlänge eingestellt.
Das Plusventil 17 und das Minusventil 18 werden von
einer Verarbeitungseinrichtung 19 gesteuert. Diese Verar
beitungseinrichtung ist mit einem Lenkhandradwinkelsensor
20 und einem Lenkmotorwinkelsensor 21 verbunden. Die
Verarbeitungseinrichtung 19 ermittelt einen Lenkwinkel
fehler, also die Differenz zwischen dem Lenkhandradwinkel
und dem Lenkmotorwinkel, und kompensiert diesen Fehler
durch entsprechendes Öffnen des Plusventils 17 oder
des Minusventils 18. Die Kompensierung kann dabei so
erfolgen, daß der durch das Plusventil 17 oder das Minus
ventil 18 erzeugte Hilfsfluidstrom abhängig von der
Lenkhandradgeschwindigkeit und/oder dem Lenkwinkelfehler
ist.
Hinkt beispielsweise die Position des Lenkhandrades 5
der Position des Lenkmotors 6 hinterher, öffnet die
Verarbeitungseinrichtung 19 das Minusventil 18, d. h.
das Lenkhandrad kann gedreht werden, ohne daß eine ent
sprechende Bewegung des Lenkmotors 6 erfolgt. Eilt in
einem anderen Fall die Position des Lenkhandrades 5
der Position des Lenkmotors 6 vor, öffnet die Verarbei
tungseinrichtung 19 das Plusventil, so daß ein zusätz
licher Hilfsfluidstrom dem Lenkmotor 6 zugeführt wird.
Der Lenkmotor 6 bewegt sich also weiter als es eigent
lich der Stellung des Lenkhandrades 5 entsprechen würde.
Zwischen dem Pumpenanschluß P und dem Tankanschluß T
ist ein Überdruckventil 22 angeordnet. Dieses verhindert,
daß ein zu großer Druck auf das Plusventil 17 oder das
Minusventil 18 gelangt. Der große Druck kann auch nicht
von dem Lenkmotor 6 erzeugt werden, da in dem Fall,
in dem der Lenkmotor 6 nicht betätigt wird, auch keine
Verbindung zwischen dem Hilfsfluidpfad 16 und somit
dem Plusventil 17 und dem Minusventil 18 und dem Lenk
motor 6 besteht. Das Überdruckventil 22 verhindert
ferner, daß der Pumpendruck direkt auf das Minusventil
18 wirkt. Wäre dies der Fall, könnte kein Fluid über
das Minusventil zum Tank 3 abgeleitet werden. Eine Dros
sel 23 verhindert, daß zu viel Fluid von der Pumpe 2
direkt in den Tank 3 gepumpt wird.
Claims (5)
1. Steuereinrichtung für ein vollhydraulisches Lenksystem
mit einem Meßmotorabschnitt, einem Richtungsabschnitt,
der mit dem Meßmotorabschnitt über einen Fluidpfad
verbunden ist, einem Pumpenanschluß, einem Tankan
schluß und zwei Richtungsanschlüssen, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Hilfsfluidpfad (16) mit einer
steuerbaren Ventileinrichtung (15) vom Fluidpfad
zwischen Meßmotorabschnitt (11) und Richtungsabschnitt
(12) abzweigt und mit dem Pumpenanschluß (P) und/oder
dem Tankanschluß (T) verbunden ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Hilfsfluidpfad (16) einen Zuführ
pfad, der mit dem Pumpenanschluß (P) verbunden ist,
und einen Entnahmepfad, der mit dem Tankanschluß
(T) verbunden ist, aufweist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (15) min
destens ein getaktetes Magnetventil (17, 18) aufweist.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (15)
ein Plusventil (17) und ein Minusventil (18) aufweist.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenkmotorwinkelsensor
(21) und ein Lenkhandradwinkelsensor (20) vorgesehen
sind, die mit einer Verarbeitungseinrichtung (19)
verbunden sind, wobei die Verarbeitungseinrichtung
(19) einen Lenkwinkelfehler ermittelt und den Fluid
strom im Fluidpfad durch einen Hilfsfluidstrom im
Hilfsfluidpfad (16) verändert, um den Lenkwinkelfehler
zu kompensieren.
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