EP1713678A1 - Fahrzeuglenkung - Google Patents

Fahrzeuglenkung

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Publication number
EP1713678A1
EP1713678A1 EP05716646A EP05716646A EP1713678A1 EP 1713678 A1 EP1713678 A1 EP 1713678A1 EP 05716646 A EP05716646 A EP 05716646A EP 05716646 A EP05716646 A EP 05716646A EP 1713678 A1 EP1713678 A1 EP 1713678A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
steering
valve
pressure
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05716646A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Rieth
Jürgen Böhm
Johann Jungbecker
Steffen Linkenbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP1713678A1 publication Critical patent/EP1713678A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/021—Valves for interconnecting the fluid chambers of an actuator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
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    • F15B2211/765—Control of position or angle of the output member

Definitions

  • the invention relates to a vehicle steering system for motor vehicles, with a steering handle which can be actuated by the driver and an actuating unit which is assigned to the steered vehicle wheels and is operatively connected to the steering handle and by means of which, if appropriate, further elements, such as e.g. Tie rods and track levers, the steered vehicle wheels can be pivoted to set a desired steering angle and which actuating unit is a hydraulic unit, with two hydraulic chambers which are separated by a hydraulic piston and can be acted upon by the pressure of a hydraulic pressure source.
  • the invention has for its object to provide a vehicle steering system of the type mentioned, with which an effective steering angle control with high functional reliability is achieved.
  • the invention solves this problem by providing vehicle steering with the features of the independent claim.
  • the hydraulic unit can be connected to the hydraulic pressure source or a pressure medium reservoir via a valve unit, and that steering assistance can be set by means of the valve unit.
  • the valve unit has a hydraulic slide valve, by means of which steering assistance is regulated by continuously adjusting a pressure difference between the two hydraulic chambers. This constant controllability of the slide valve in the sense of a "hydraulic full bridge" ensures a particularly comfortable setting of the support pressure.
  • the valve unit is a continuously adjustable slide valve with three switching end positions, with a first switching end position in which a pressure medium can be introduced into the two hydraulic chambers and / or can be led out of the two hydraulic chambers, so that the pressure difference between the two hydraulic chambers is 0 (ZERO), with a second switching end position in which the pressure medium can be introduced into a first hydraulic chamber and can be led out of a second hydraulic chamber, and with a third switching end position in which the pressure medium can be led out of the first hydraulic chambers and can be introduced into the second hydraulic chamber for the purpose of regulating a maximum support pressure.
  • the hydraulic slide valve can be continuously adjusted between the different switching positions by an electric actuator, preferably via a servo drive and possibly a gear or an electromagnet, by means of a linear movement of a valve slide.
  • a linear movement or “adjusting movement” of the valve spool is generated by the electrical actuator, as a result of which the valve spool can be brought into “any” sliding positions, so that continuous pressure regulation takes place.
  • a displacement sensor is provided for the hydraulic slide valve, by means of which the linear movement of the valve slide is detected.
  • the hydraulic slide valve has control edges, by means of which a pressure difference between the two hydraulic chambers is continuously set during a linear movement of the valve slide.
  • the control edges have a special design so that a harmonious pressure boosting function and good control behavior for steering assistance is achieved.
  • Valve unit alternatively has at least four analogized valves, preferably 2 normally closed (SG) and two normally open (SO) analog valves or analog controllable valves, for the purpose of regulating the pressure in the two hydraulic chambers.
  • analogized valves preferably 2 normally closed (SG) and two normally open (SO) analog valves or analog controllable valves, for the purpose of regulating the pressure in the two hydraulic chambers.
  • a safety valve is provided, by means of which the two hydraulic chambers can be connected directly to one another. This allows the chambers to be connected directly in the event of a fault, so that a closed hydraulic circuit is created, which means that the wheels are directly, i.e. in this case without support, can be operated.
  • a hydraulic slide valve is provided as a safety valve, which can be switched into different switching positions by means of 2 hydraulic valves by a linear movement of a safety valve switching element.
  • two hydraulic pressure sensors are provided, by means of which the hydraulic pressure in the two hydraulic chambers is recorded, and it is provided that steering assistance can be set in accordance with the recorded pressures.
  • a torque sensor which detects the torque on a steering wheel shaft of the vehicle steering system. It is provided that steering assistance can be set taking into account the detected torque.
  • the steering is an open center steering ("open center steering"), in which in a zero position of the steering, ie the steering wheel in the straight ahead position, there is essentially no pressure difference between the chambers separated by the hydraulic pistons and that the hydraulic pressure source has a pump which is connected to the drive motor of the vehicle via a drive, preferably a belt drive.
  • open center steering in which in a zero position of the steering, ie the steering wheel in the straight ahead position, there is essentially no pressure difference between the chambers separated by the hydraulic pistons and that the hydraulic pressure source has a pump which is connected to the drive motor of the vehicle via a drive, preferably a belt drive.
  • the steering is a closed center steering ("closed center steering"), in which in a zero position of the steering, ie the steering wheel in the straight ahead position, essentially a hydraulic pressure or a pressure difference in the hydraulic pistons separate chambers can exist, and that the hydraulic pressure source has a pump which can be connected to the vehicle drive via a clutch and a drive, preferably a belt drive.
  • the hydraulic pressure source has a high-pressure accumulator and that the pump is operated in order to charge the high-pressure accumulator.
  • a hydraulic pressure sensor is provided, the hydraulic pressure in the high-pressure accumulator being determined using the pressure sensor.
  • the analog valves or analog valves which are preferred for the vehicle steering system according to the invention are proportional valves. These are in particular proportionally controlled or operated solenoid valves or piezo valves.
  • seat valves e.g. 2/2-way poppet valves with two inputs and / or outputs are used, the inputs and outputs being connected to one another in one (open) switching position and separated from one another in the other (closed) switching position.
  • the solenoid valves are opened and closed by activating or deactivating a magnet provided in the valve.
  • the activation of the magnet i.e. the energization of the coil, results in the movement, more precisely the pulling or releasing of an armature, which is connected to the locking mechanism of the valve and thereby moves it.
  • valves are operated such that the locking mechanism assumes an intermediate position between the switching positions, or they are opened or closed in quick succession for the same or different lengths, so that a state corresponding to a stationary intermediate position of the locking mechanism is established.
  • a setting of the valve allows a defined differential pressure to be set across the valve in the vehicle steering system according to the invention.
  • the steering according to the invention can in principle also pivot the steerable wheels independently of the driver, for example in order to react faster and better (than the driver) to recognized emergency situations, such as vehicle instabilities.
  • Comfort functions such as a necessary steering force depending on the vehicle speed, can be easily implemented in the sense of parameter steering.
  • Fig. 1 shows a steering system with a hydraulic
  • Fig. 2 shows an embodiment of a steering system with an open center according to the invention with a valve unit
  • Linear slide valve (servo valve), safety valve and:. two pressure sensors.
  • FIG 3 shows a further embodiment of a steering system with an open center according to the invention with a displacement sensor on the actuator of a linear slide valve of the valve unit.
  • Fig. 4 shows an embodiment of a steering system with an open center according to the invention with a valve unit with four analog valves.
  • Fig. 5 shows an embodiment of a closed center steering system according to the invention with a valve unit with four analog valves and a high pressure accumulator.
  • Fig. 6 shows the valve unit according to the invention with a linear slide valve and a safety valve in the closed switching position in a schematic representation.
  • Fig. 7 shows the valve unit shown in Fig. 8 in a cross section.
  • Fig. 8 shows the valve unit according to the invention with a linear slide valve and a safety valve in the open switch position in a schematic representation.
  • FIG. 9 shows the valve unit shown in FIG. 10 in a cross section.
  • the steering system shown in Fig. 1 consists of a steering wheel 1, a steering column 2 connected to the steering wheel 1 with 2 universal joints 3, 4.
  • the steering column 2 is connected or part of a steering wheel shaft 5, which is formed via a steering gear 6, a steering rod 7, here as a rack 7, which actuates tie rods 8, 9 attached to the side of the rack 7, and thereby a pivoting of the wheels 10, rll causes.
  • hydraulic assistance is provided by means of a drive motor of the vehicle, e.g. Realized via a belt drive 12, driven hydraulic pump 13, which supplies pressurized hydraulic fluid to a steering valve 14 via a line 15.
  • the pressure fluid can flow back into a reservoir 17 through a return line 16.
  • the rack 7 When the steering wheel 1 is rotated, the rack 7 is displaced via the torsion bar 80 and the steering gear 6. The movement of the piston 21 is supported by the pressure of the hydraulic fluid.
  • the valve 14 causes hydraulic fluid to flow from one chamber to the other chamber, so that the steering actuation receives hydraulic assistance.
  • the actuation of the steering wheel 1 can be measured by a steering angle sensor 22 and its signal can preferably be transmitted to an electronic unit via a vehicle bus system (CAN) 23.
  • CAN vehicle bus system
  • Fig. 2 shows an embodiment of a steering system with an open center according to the invention.
  • the same parts of the steering have been provided here and below with the same reference numerals as in FIG. 1.
  • a valve unit 24 which has a hydraulic linear slide valve 25 and a safety valve 26.
  • the linear switching valve 25 is actuated by an electrical actuator 27, preferably via a servo motor and a gear.
  • a valve slide 28 is placed in different slide positions.
  • valve block 29, three switching positions are possible due to the linear movement of the linear slide valve 25: a first switching end position in which a pressure medium in the two hydraulic chambers 18, 19 can be introduced and / or can be led out of the two hydraulic chambers 18, 19 so that there is no pressure difference between the two chambers (middle position), a second switching end position in which the pressure medium flows into the first hydraulic chamber 18 can be introduced and can be led out of the second hydraulic chambers 19, and a third switching end position, in which the pressure medium can be led out of the first hydraulic chambers 18 and can be introduced into the second hydraulic chamber 19, so that a maximum pressure difference between the pressures formed in both hydraulic chambers is set, the pressure difference being continuously adjustable between these end positions.
  • two hydraulic pressure sensors 33, 34 are arranged, by means of which the hydraulic pressure in the two hydraulic chambers 18, 19 is detected.
  • a torque sensor 35 is also arranged, which detects the torque on a steering wheel shaft 5 of the vehicle steering system.
  • the torque sensor 35 essentially serves to generate a setpoint specification for the regulation of the differential pressure.
  • Steering assistance is provided by means of an electronic unit, the ECU 36, in accordance with the determined steering wheel angle 37, the torque 38 determined on the steering wheel shaft 5, the vehicle speed or a brake control system
  • Vehicle reference speed 39 and according to other influencing variables such as e.g. External control 40 by a driving stability control or by assistance systems for lane keeping or for parking processes.
  • a hydraulic slide valve is also provided as the safety valve 26, which can be switched into different switching positions by means of two hydraulic switching valves 41, 42 by a linear movement of a safety valve switching element 43 and in cooperation with bores 31, 32, 44, 45.
  • the safety valve 26 Through the safety valve 26 are the two hydraulic chambers 18, 19 can be directly connected to one another via the bores 44, 45 and connecting lines 46, 47. In this way, the function of the vehicle steering (without steering support) is ensured even if the support function or the actuator system of the steering support fails.
  • valve unit 24 with the switching valves 41, 42 and the actuator 27 is preferably combined in a hydraulic unit 48, whereby also the
  • Pressure sensors 33, 34 can be integrated therein (not shown here).
  • An electronic block 49 with the interfaces to the signals 37-40 and with the ECU 36 is preferably arranged on the hydraulic unit 48.
  • the electronics block 49 is supplied with voltage by the vehicle electrical system (supply voltage UBATT 50).
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a steering system with an open center according to the invention.
  • the pressure control here does not take place in accordance with pressure sensor signals (51, 52 in FIG. 2), but a linear travel sensor 53 is provided on the actuator 27.
  • a linear travel sensor 53 is provided on the actuator 27.
  • the hydraulic pressures in the chambers 18, 19 are determined or estimated and used 54 to control the steering assistance.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a steering system with an open center according to the invention, which has a valve unit with four analogized valves 55, 56, 57, 58, which are controlled by the ECU 36 in order to regulate the pressure in the two hydraulic chambers 18, 19 become 59,60,61,62. Furthermore, a switching valve 63 is provided as a safety valve, by means of which the two hydraulic chambers can be connected directly to one another. The switching valve 63 is also controlled 64 by the ECU 36.
  • Fig. 5 shows an embodiment of a closed center steering according to the invention, which is similar to the embodiment shown in Fig. 4 and also has four analog valves 65-58.
  • a high-pressure accumulator 69 for the pressure medium is provided for the "closed center" version.
  • the high-pressure accumulator 69 advantageously always provides an energy supply for the steering assistance.
  • the accumulator 69 is only charged by means of the pump 13 when the pressure drops below a lower limit, here approximately 120 bar. Charging is advantageously carried out up to a maximum pressure of approx. 180 bar.
  • the pump 13 is therefore integrated into the drive via a clutch 70, here via a belt drive.
  • the coupling 70 can advantageously be formed with the pump 13 as a structural unit.
  • the control takes place via a further pressure sensor 71, which measures the pressure in a high-pressure accumulator and supplies 72 to the ECU 36.
  • the safety concept is shown in more detail by way of example in FIGS. 6 to 9.
  • FIG. 6 shows the valve unit according to the invention with a linear slide valve 25 and a safety valve 26 in the closed switching position in a schematic manner
  • FIG. 7 shows that shown in FIG. 8 Valve unit 24 in a cross section.
  • the hydraulic unit 48 with the valve unit 24 corresponds to the form shown in FIGS. 2 and 3 and described above.
  • the linear switching valve 25 is in the first
  • Switching end position (middle position), in which the pressure medium can be introduced into the two hydraulic chambers 18, 19 and / or can be led out of the two hydraulic chambers 18, 19.
  • this central position is automatically assumed by the valve slide when the actuator does not regulate a specific position. In the event of a fault, this always ensures that the steering is operated (without servo assistance).
  • the safety valve 26 is here in the illustration in the de-energized switching position. That means the two switching valves 41, 42 are de-energized here. As a result, the safety valve 26 is closed. This also represents an error case
  • connecting lines 44, 45 to the hydraulic chambers;) 18, 19 are connected to one another.
  • a system error in the steering boost function then leaves the basic steering function (without steering boost) of the vehicle steering unaffected.
  • FIGS. 8 and 9 correspond to the illustration in FIGS. 6 and 7, the safety valve 26 being shown here in the open switching position.
  • the switching valves 41, 42 are energized.
  • the linear slide valve 25 is in the first slide position (middle position). Since the safety valve 26 is now open, the hydraulic chambers 18, 19 are not directly connected to one another. A reinforcement function of the steering can be Adjust by moving the linear slide valve 25, whereby a (controllable) differential pressure between the individual chambers 18, 19 arises.
  • the vehicle steering system according to the invention can advantageously be used with conventional rack and pinion steering. Since - in contrast to conventional hydraulic steering systems in which the rotary slide steering valve is not coupled via the torsion bar - a mechanically decoupled steering valve or valves are provided here, the steering assistance can also be controlled externally.
  • an actuator electronic mechanical converter
  • an actuator is controlled in a translatory manner in accordance with a controller specification and effects a corresponding, desired valve actuation.

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Abstract

Bei einer Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe sowie einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten Stellaggregat, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mittels dem über ggf. weitere Elemente die gelenkten Fahrzeugrädern zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels verschwenkbar sind und welches Stellaggregat ein hydraulisches Aggregat ist, mit zwei hydraulischen Kammer, die durch einen hydraulischen Kolben getrennt sind und mit dem Druck einer hydraulischen Druckquelle beaufschlagbar sind, ist das hydraulische Aggregat über eine Ventileinheit mit der hydraulischen Druckquelle bzw. einem Druckmittelvorratsbehälter verbindbar und eine Lenkunterstützung ist mittels der Ventileinheit einstellbar.

Description

Fahrzeuglenkung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe sowie einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten Stellaggregat, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mittels dem über ggf. weitere Elemente, wie z.B. Spurstangen und Spurhebel, die gelenkten Fahrzeugrädern zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels verschwenkbar sind und welches Stellaggregat ein hydraulisches Aggregat ist, mit zwei hydraulischen Kammer, die durch einen hydraulischen Kolben getrennt sind und mit dem Druck einer hydraulischen Druckquelle beaufschlagbar sind.
Der Erfindung liegt als Aufgabe die Bereitstellung einer Fahrzeuglenkung der eingangs genannten Art zugrunde, mit der eine effektive Lenkwinkelsteuerung mit hoher Funktionszuverlässigkeit erzielt wird.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs .
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Für die Erfindung ist es wesentlich, dass das hydraulische Aggregat über eine Ventileinheit mit der hydraulischen Druckquelle bzw. einem Druckmittelvorratsbehalter verbindbar ist, und dass eine Lenkunterstützung mittels der Ventileinheit einstellbar ist. Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ventileinheit ein hydraulisches Schieberventil aufweist, mittels dem eine Lenkunterstützung durch ein kontinuierliches Einstellen einer Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern geregelt wird. Durch diese stetige Regelbarkeit des Schieberventils im Sinne einer "hydraulischen Vollbrücke" ist eine besonders komfortable Einstellung des Unterstützungsdrucks gewährleistet.
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ventileinheit ein kontinuierlich einstellbares Schieberventil mit drei Schaltendstellungen ist, mit einer ersten Schaltendstellung, in der ein Druckmittel in die zwei hydraulischen Kammern eingeleitet werden kann und/oder aus den zwei hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann, so dass die Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern 0 (NULL) beträgt, mit einer zweiten Schaltendstellung, in der das Druckmittel in eine erste hydraulische Kammer eingeleitet werden kann und aus einer zweiten hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann, und mit einer dritten Schaltendstellung, in der das Druckmittel aus der ersten hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann und in die zweite hydraulische Kammer eingeleitet werden kann, zwecks Einregelung eines maximalen Unterstützungsdrucks .
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das hydraulische Schieberventil von einem elektrischen Aktuator, vorzugsweise über einen Servoantrieb und ggf. ein Getriebe oder einen Elektromagneten, durch eine Linearbewegung eines Ventilschiebers kontinuierlich zwischen den verschiedenen Schaltendstellungen stetig verstellbar ist. Durch den elektrischen Aktuator wird eine Linearbewegung bzw. "Stellbewegung" des Ventilschieber erzeugt, wodurch dieser in "beliebige" Schiebestellungen bringbar ist, so dass eine kontinuierliche Druckregelung erfolgt. Nach der Erfindung ist für das hydraulisches Schieberventil ein Wegsensor vorgesehen, mittels dem die Linearbewegung des Ventilschiebers erfasst wird.
Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass das hydraulische Schieberventil Steuerkanten aufweist, mittels denen eine Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern bei einer Linearbewegung des Ventilschiebers kontinuierlich eingestellt wird. Die Steuerkanten weisen dabei eine spezielle Ausgestaltung auf, damit eine harmonische Druckverstärkungsfunktion und ein gutes Regelverhalten zur Lenkunterstützung erzielt wird.
Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass die
Ventileinheit alternativ zumindest vier analogisierte Ventile, vorzugsweise 2 stromlos geschlossene (SG) und 2 stromlos offene (SO) Analogventile oder analog ansteuerbare Ventile aufweist, zwecks Regelung des Drucks in den beiden hydraulischen Kammern.
Nach der Erfindung ist ein Sicherheitsventil vorgesehen, mittels dem die zwei hydraulischen Kammern direkt miteinander verbindbar sind. Dadurch können die Kammern im Fehlerfall direkt verbunden werden, so dass ein geschlossener hydraulischer Kreis entsteht, wodurch die Räder mittels des Lenkrads direkt, d.h. in diesem Fall ohne Unterstützung, betätigbar sind.
Erfindungsgemäß ist als Sicherheitsventil ein hydraulisches Schieberventil vorgesehen, welches mittels 2 hydraulischer Ventile durch eine Linearbewegung eines Sicherheitsventil- Schaltelements in verschiedene Schaltstellungen schaltbar ist. Nach der Erfindung sind 2 hydraulische Drucksensoren vorgesehen, mittels denen der hydraulische Druck in den 2 hydraulischen Kammern erfasst wird und es ist vorgesehen, dass eine Lenkunterstützung nach Maßgabe der erfassten Drücke einstellbar ist.
Erfindungsgemäß ist ein Momentensensor vorgesehen, welcher das Drehmoment an einer Lenkradwelle der Fahrzeuglenkung erfasst. Es ist vorgesehen, dass eine Lenkunterstützung unter Berücksichtigung des erfassten Drehmoments einstellbar ist.
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lenkung eine Lenkung mit offener Mitte („Open center Lenkung") ist, bei der in einer Nullstellung der Lenkung, d.h. dem Lenkrad in Geradeausstellung, im wesentlichen keine Druckdifferenz zwischen den durch den hydraulischen Kolben getrennten Kammern vorliegt, und dass die hydraulische Druckquelle eine Pumpe aufweist, die über einen Antrieb, vorzugsweise einen Riemenantrieb, mit dem Antriebsmotor des Fahrzeugs verbunden ist .
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Lenkung eine Lenkung mit geschlossener Mitte („Closed center Lenkung") ist, bei der in einer Nullstellung der Lenkung, d.h. dem Lenkrad in Geradeausstellung, im wesentlichen ein hydraulischer Druck oder eine Druckdifferenz in den durch den hydraulischen Kolben getrennten Kammern vorliegen kann, und dass die hydraulische Druckquelle eine Pumpe aufweist, die über eine Kupplung und über einen Antrieb, vorzugsweise Riementrieb, mit dem Fahrzeugantrieb verbindbar ist.
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die hydraulische Druckquelle einen Hochdruckspeicher aufweist, und dass die Pumpe betrieben wird, um den Hochdruckspeicher zu laden. Erfindungsgemäß ist ein hydraulischer Drucksensor vorgesehen, wobei der hydraulischer Druck in dem Hochdruckspeicher mit dem Drucksensor ermittelt wird.
Die für die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung bevorzugten Analogventile oder analogisierten Ventile sind Proportionalventile. Dies sind insbesondere proportional gesteuerte oder betriebene Magnetventile oder Piezoventile. Als Magnetventile kommen insbesondere Sitzventile, z.B. 2/2-Weg-Sitzventile mit zwei Ein- und/oder Ausgängen, zum Einsatz, wobei die Ein- bzw. Ausgänge in der einen (geöffneten) Schaltstellung miteinander verbunden und in der anderen (geschlossenen) Schaltstellung voneinander getrennt sind.
Das Öffnen und Schließen der Magnetventile erfolgt durch Aktivierung bzw. Deaktivieren eines im Ventil vorgesehenen Magneten. Die Aktivierung des Magneten, das bedeutet die Bestromung der Spule, hat die Bewegung, genauer gesagt das Anziehen oder Loslassen eines Ankers zur Folge, welcher mit dem Verschlussmechanismus des Ventils in Verbindung steht und dieses dadurch mitbewegt.
Durch die erfindungsgemäße proportionale Ansteuerung werden diese Ventile so betrieben, dass der Verschlussmechanismus eine Zwischenstellung zwischen den Schaltstellungen einnimmt, oder sie werden in schneller Aufeinanderfolge gleich oder unterschiedlich lange geöffnet oder geschlossen, so dass sich dabei ein einer stationären Zwischenstellung des Verschlussmechanismus entsprechender zustand einstellt. Durch eine derartige Einstellung des Ventils kann ein definierter Differenzdruck über dem Ventil in der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung eingestellt werden. Durch die Lenkung nach der Erfindung kann über eine Verstärkungsfunktion hinaus im Grundsatz auch ein Verschwenken der lenkbaren Räder fahrerunabhängig erfolgen, z.B. um auf erkannte Notsituationen, wie Fahrzeuginstabilitäten, schneller und besser (als der Fahrer) zu reagieren. Darüber hinaus können
Komfortfunktionen, wie eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige notwendige Lenkkraft im Sinne einer Parameterlenkung einfach realisiert werden.
Aufbau und Funktion der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung wird nun anhand von Abbildungen (Fig. 1 bis 6) beispielhaft näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Lenksystem mit einer hydraulischen
Lenkunterstützung durch eine von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs angetriebene hydraulische Pumpe.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung mit einer Ventileinheit mit
Linearschieberventil (Servoventil) , Sicherheitsventil und :. zwei Drucksensoren.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung mit einem Wegsensor an dem Aktuator eines Linearschieberventils der Ventileinheit.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung mit einer Ventileinheit mit vier analogisierten Ventilen.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit geschlossener Mitte nach der Erfindung mit einer Ventileinheit mit vier analogisierten Ventilen und einem Hochdruckspeicher. Fig. 6 zeigt die Ventileinheit nach der Erfindung mit einem Linearschieberventil und einem Sicherheitsventil in geschlossener Schaltstellung in schematischer Darstellung.
Fig. 7 zeigt die in Fig. 8 dargestellte Ventileinheit in einem Querschnitt.
Fig. 8 zeigt die Ventileinheit nach der Erfindung mit einem Linearschieberventil und einem Sicherheitsventil in offener Schaltstellung in schematischer Darstellung.
Fig. 9 zeigt die in Fig. 10 dargestellte Ventileinheit in einem Querschnitt.
Das in der Fig. 1 dargestellte Lenksystem besteht aus einem Lenkrad 1, einer mit dem Lenkrad 1 verbundenen Lenksäule 2 mit 2 Kreuzgelenken 3,4. Die Lenksäule 2 ist verbunden oder ein Teil einer Lenkradwelle 5, die über ein Lenkgetriebe 6, eine Lenkstange 7, hier als Zahnstange 7 ausgebildet, die seitlich an der Zahnstange 7 befestigten Spurstangen 8,9 betätigt, und dadurch ein Verschwenken der Räder 10,rll bewirkt. Bei der hier gezeigten Zahnstangenlenkung wird eine hydraulische Unterstützung mittels einer von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs, z.B. über einen Riementrieb 12, angetriebene hydraulische Pumpe 13 realisiert, die unter Druck stehende Druckflüssigkeit zu einem Lenkventil 14 über eine Leitung 15 liefert. Durch eine Rücklaufleitung 16 kann die Druckflüssigkeit zurück in einen Vorratsbehälter 17 strömen.
In Geradeausstellung des Lenkrads fließt ein konstanter Ölstrom durch das in Neutralstellung stehende Lenkventil (offenen Mitte) und durch die Rücklaufleitung 16 zurück. Der Druck in 2 durch einen Kolben 21 getrennten Kammern 18,19 eines an der Zahnstange 7 angeordneten Arbeitszylinders 20 ist dann gleich groß. Es erfolgt keine Lenkunterstützung.
Beim Drehen des Lenkrads 1 wird über den Torsionsstab 80 und Lenkgetriebe 6 die Zahnstange 7 verschoben. Die Bewegung des Kolbens 21 wird durch den Druck der Druckflüssigkeit unterstützt. Dabei bewirkt das Ventil 14, dass Druckflüssigkeit von einer Kammer in die andere Kammer fließt, so dass die Lenkbetätigung eine hydraulische Unterstützung erfährt. Die Betätigung des Lenkrades 1 kann durch einen Lenkwinkelsensor 22 gemessen werden und dessen Signal kann vorzugsweise über ein Fahrzeugbussystem (CAN) 23 einer elektronischen Einheit übermittelt werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung. Gleiche Teile der Lenkung sind hier und im folgenden auch mit denselben Bezugszeichen wie in der Fig. 1 versehen worden.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Ventileinheit 24 vorgesehen, die ein hydraulisches Linearschieberventil 25 und ein Sicherheitsventil 26 aufweist. Das Linearschaltventil 25 wird durch einen elektrischen Aktuator 27, vorzugsweise über einen Servomotor und ein Getriebe, betätigt. Dabei wird ein Ventilschieber 28 in verschiedene Schieberstellungen gestellt . Im Zusammenwirken mit Steuerkanten des Ventilschiebers 28und Bohrungen 30,31,32 in einem Block der Ventileinheit 24, dem Ventilblock 29, sind durch die Linearbewegung des Linearschieberventils 25 drei Schaltendstellungen möglich: eine erste Schaltsndstellung, in der ein Druckmittel in die zwei hydraulischen Kammern 18,19 eingeleitet werden kann und/oder aus den zwei hydraulischen Kammern 18,19 herausgeleitet werden kann, so dass keine Druckdifferenz zwischen beiden Kammern besteht (Mittelstellung) , eine zweite Schaltendstellung, in der das Druckmittel in die erste hydraulische Kammer 18 eingeleitet werden kann und aus die zweite hydraulische Kammern 19 herausgeleitet werden kann, und eine dritte Schaltendstellung, in der das Druckmittel aus der ersten hydraulischen Kammern 18 herausgeleitet werden kann und in die zweite hydraulische Kammer 19 eingeleitet werden kann, so dass eine maximale Druckdifferenz zwischen den Drücken in beiden hydraulischen Kammern gebildet eingestellt wird, wobei zwischen diesen Endstellungen die Druckdifferenz kontinuierlich einstellbar ist.
Für die Regelung des Differenzdrucks zwischen den Drücken in beiden hydraulischen Kammern sind zwei hydraulische Drucksensoren 33,34 angeordnet, mittels denen der hydraulische Druck in den beiden hydraulischen Kammern 18,19 erfasst wird. Ferner ist ein Momentensensor 35 angeordnet, der das Drehmoment an einer Lenkradwelle 5 der Fahrzeuglenkung erfasst. Der Momentensensor 35 dient im wesentlichen zur Erzeugung einer Sollwert-Vorgabe für die Regelung des Differenzdrucks. Die Regelung der
Lenkunterstützung erfolgt mittels einer elektronischen Einheit, der ECU 36, nach Maßgabe des ermittelten Lenkradwinkels 37, des an der Lenkradwelle 5 ermittelten Drehmoments 38, der FahrZeuggeschwindigkeit bzw. von einem Bremsenregelungssystem ermittelten
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit 39 und nach ggf. weiteren Einflussgrößen, wie z.B. Fremdansteuerung 40 durch eine Fahrstabilitätsregelung oder durch Assistenzsysteme zur Fahrspurhaltung oder für Einparkvorgänge.
Als Sicherheitsventil 26 ist ebenfalls ein hydraulisches Schieberventil vorgesehen, das mittels zwei hydraulischer Schaltventile 41,42 durch eine Linearbewegung eines Sicherheitsventil-Schaltelements 43 und im Zusammenwirken mit Bohrungen 31,32,44,45 in verschiedene Schaltstellungen schaltbar ist. Durch das Sicherheitsventil 26 sind die zwei hydraulischen Kammern 18,19 über die Bohrungen 44,45 und Verbindungsleitungen 46,47 Leitungen direkt miteinander verbindbar. Damit ist auch bei einem Ausfall der Unterstützungsfunktion bzw. der Aktuatorik der Lenkunterstützung die Funktion der Fahrzeuglenkung (ohne Lenkunterstützung) sichergestellt .
Vorzugsweise ist die Ventileinheit 24 mit den Schaltventilen 41,42 und dem Aktuator 27 in einer Hydraulikeinheit 48 zusammengefasst, wobei auch die
Drucksensoren 33,34 darin integriert sein können (hier nicht dargestellt) . An die Hydraulikeinheit 48 wird vorzugsweise ein Elektronikblock 49 mit den Schnittstellen zu den Signalen 37-40 und mit der ECU 36 angeordnet. Der Elektronikblock 49 wird vom Bordnetz mit Spannung versorgt (Versorgungsspannung UBATT 50) .
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung. Im Unterschied zu den in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Druckregelung hier nicht nach Maßgabe von Drucksensor-Signalen (51, 52 in Fig. 2) , sondern es ist ein Linearwegsensor 53 an dem Aktuator 27 vorgesehen. Auf Grundlage des gemessenen Wegs des Schiebers 29 des Linearschieberventils 25, werden die hydraulischen Drücke in den Kammern 18,19 ermittelt bzw. abgeschätzt und zur Regelung der Lenkunterstützung verwendet 54.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung, die eine Ventileinheit mit vier analogisierten Ventilen 55,56,57,58 aufweist, die zwecks Regelung des Drucks in den beiden hydraulischen Kammern 18,19 durch die ECU 36 angesteuert werden 59,60,61,62. Ferner ist ein Schaltventil 63 als Sicherheitsventil vorgesehen, mittels dem die zwei hydraulischen Kammern direkt miteinander verbindbar sind. Das Schaltventil 63 wird ebenfalls von der ECU 36 angesteuert 64.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit geschlossener Mitte nach der Erfindung, die der in Fig. 4 gezeigten Ausführung ähnlich ist und ebenfalls vier Analogventil 65-58 aufweist.
Darüber hinaus ist für die Ausführung "geschlossene Mitte" ein Hochdruckspeicher 69 für das Druckmittel vorgesehen. Vorteilhaft ist durch den Hochdruckspeicher 69 immer ein Energievorrat für die Lenkunterstützung vorhanden. Der Speicher 69 wird nur dann mittels der Pumpe 13 aufgeladen, wenn der Druck unter einen unteren Grenzwert, hier ca. 120 bar, sinkt. Die Ladung erfolgt vorteilhaft bis zu einem maximalen Druck von ca. 180 bar. Daher ist die Pumpe 13 über eine Kupplung 70 in den Antrieb, hier über einen Riementrieb, integriert. Die Kupplung 70 kann vorteilhaft mit der Pumpe 13 als eine Baueinheit ausgebildet sein. Hier erfolgt die Regelung über einen weiteren Drucksensor 71, welcher den Druck in einem Hochdruckspeicher misst und der ECU 36 zuführt 72.
Es ist besonders vorteilhaft, als Regelventile 65-68 zwei stromlos geschlossene (SG) 66,67 und zwei stromlos offene (SO) 65,68 Analogventile oder analog ansteuerbare Ventile vorzusehen, zwecks Regelung des Drucks in den beiden hydraulischen Kammern.
In den Fig. 6 bis Fig. 9 ist beispielhaft das Sicherheitskonzept näher dargestellt.
Dabei zeigt Fig. 6 die Ventileinheit nach der Erfindung mit einem Linearschieberventil 25 und einem Sicherheitsventil 26 in geschlossener Schaltstellung in schematischer
Darstellung und Fig. 7 zeigt die in Fig. 8 dargestellte Ventileinheit 24 in einem Querschnitt. Die Hydraulikeinheit 48 mit der Ventileinheit 24 entspricht der in Fig. 2 und 3 dargestellten und zuvor beschriebenen Form.
Das Linearschaltventil 25 befindet sich in der ersten
Schaltendstellung (Mittelstellung) , in der das Druckmittel in die zwei hydraulischen Kammern 18,19 eingeleitet werden kann und/oder aus den zwei hydraulischen Kammern 18,19 herausgeleitet werden kann. Durch ein elastisches Element, insbesondere eine Feder, wird diese Mittelstellung automatisch vom Ventilschieber eingenommen, wenn der Aktuator keine bestimmte Stellung einregelt. Damit wird im Fall eines Fehlers immer eine Betätigung der Lenkung (ohne Servounterstützung) sichergestellt .
Das Sicherheitsventil 26 befindet sich hier in der Abbildung in der stromlosen SchaltStellung. Das bedeutet die beiden Schaltventile 41,42 sind hier unbestromt. Dadurch ist das Sicherheitsventil 26 geschlossen. Dies stellt zugleich einen Fehlerfall dar. Die
Verbindungsleitungen 44,45 zu den hydraulischen Kammern;) 18,19 sind in diesem Fall miteinander verbunden. Ein Systemfehler in der Verstärkungsfunktion der Lenkung lässt dann die Grundlenkfunktion (ohne Lenkungsverstärkung) der Fahrzeuglenkung unbeeinflusst .
Die Fig. 8 und Fig. 9 entspricht der Abbildung in Fig. 6 und Fig. 7, wobei hier das Sicherheitsventil 26 in offener Schaltstellung gezeigt ist. Dazu sind die Schaltventile 41,42 bestromt.
Das Linearschieberventil 25 befindet sich wie in Fig. 6 und Fig. 7 in der ersten Schieberstellung (Mittelstellung) . Da das Sicherheitsventil 26 nun offen ist, sind die hydraulischen Kammern 18,19 nicht direkt miteinander verbunden. Eine Verstärkungsfunktion der Lenkung lässt sich über das Verschieben des Linearschieberventils 25 einstellen, wobei ein (regelbarer) Differenzdruck zwischen den einzelnen Kammern 18,19 entsteht.
Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung kann vorteilhaft die herkömmliche Zahnstangenlenkung verwendet werden. Da -im Gegensatz zu herkömmlichen hydraulischen Lenkungen, bei denen das Drehschieber-Lenkventil nicht über den Torsionsstab gekoppelt ist- hier ein mechanisch entkoppelt Lenkventile bzw. Ventile vorgesehen sind, ist die Lenkunterstützung auch fremdansteuerbar . Hier wird beispielsweise ein Aktuator (elektromechanischer Wandler) translatorisch entsprechend einer Reglervorgabe gesteuert und bewirkt eine entsprechende, gewünschte Ventilbetätigung.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe sowie einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten Stellaggregat, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mittels dem über ggf. weitere Elemente, wie z.B. SpurStangen und Spurhebel, die gelenkten Fahrzeugrädern zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels verschwenkbar sind und welches Stellaggregat ein hydraulisches Aggregat ist, mit zwei hydraulischen Kammer, die durch einen hydraulischen Kolben getrennt sind und mit dem Druck einer hydraulischen Druckquelle beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Aggregat über eine Ventileinheit mit der hydraulischen Druckquelle bzw. einem Druckmittelvorratsbehalter verbindbar ist, und dass eine Lenkunterstützung mittels der Ventileinheit-einstellbar ist.
2. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit ein hydraulisches Schieberventil aufweist, mittels dem eine Lenkunterstützung durch ein kontinuierliches Einstellen einer Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern geregelt wird.
3. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit ein kontinuierlich einstellbares Schieberventil mit drei Schaltendstellungen ist, mit einer ersten Schaltendstellung, in der ein Druckmittel in die zwei hydraulischen Kammern eingeleitet werden kann und/oder aus den zwei hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann, mit einer zweiten Schaltendstellung, in der das Druckmittel in eine erste hydraulische Kammer eingeleitet werden kann und aus einer zweiten hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann, und mit einer dritten Schaltendstellung, in der das Druckmittel aus der ersten hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann und in die zweite hydraulische Kammer eingeleitet werden kann.
4. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Schieberventil von einem elektrischen Aktuator, vorzugsweise über einen Servoantrieb und ggf. ein Getriebe oder über einen Elektromagneten, durch eine Linearbewegung eines Ventilschiebers kontinuierlich zwischen den verschiedenen Schaltendstellungen stetig verstellbar ist.
5. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das hydraulisches Schieberventil ein Wegsensor vorgesehen ist, mittels dem die Linearbewegung des Ventilschiebers erfasst wird.
6. Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Schieberventil Steuerkanten aufweist, mittels denen eine bestimmte Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern bei einer Linearbewegung des Ventilschiebers kontinuierlich eingestellt wird.
7. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit zumindest vier analogisierte Ventile, vorzugsweise 2 stromlos geschlossene (SG) und 2 stromlos offene (SO) Analogventile oder analog ansteuerbare Ventile aufweist, zwecks Regelung des Drucks in den beiden hydraulischen Kammern.
8. Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitsventil vorgesehen ist, mittels dem die zwei hydraulischen Kammern direkt miteinander verbindbar sind.
9. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherheitsventil ein hydraulisches Schieberventil vorgesehen ist, welches mittels 2 hydraulischer Ventile durch eine Linearbewegung eines Sicherheitsventil-Schaltelements in verschiedene Schaltstellungen schaltbar ist.
10. Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 2 hydraulische Drucksensoren vorgesehen sind, mittels denen der hydraulische Druck in den 2 hydraulischen Kammern erfasst wird und dass eine Lenkunterstützung: nach Maßgabe der erfassten Drücke einstellbar ist.
11. Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Momentensensor vorgesehen ist, welcher das Drehmoment an einer Lenkradwelle der Fahrzeuglenkung erfasst, und dass eine Lenkunterstützung unter Berücksichtigung des erfassten Drehmoments einstellbar ist.
12. Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung eine Lenkung mit offener Mitte („Open center Lenkung") ist, bei der in einer Nullstellung der Lenkung, d.h. dem Lenkrad in Geradeausstellung, im wesentlichen keine Druckdifferenz zwischen den durch den hydraulischen Kolben getrennten Kammern vorliegt, und dass die hydraulische Druckquelle eine Pumpe aufweist, die über einen Antrieb, vorzugsweise einen Riemenantrieb, mit dem Antriebsmotor des Fahrzeugs verbunden ist.
13. Fahrzeuglenkung einem der Ansprüche 1 oder bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung eine Lenkung mit geschlossener Mitte („Closed center Lenkung") ist, bei der in einer Nullstellung der Lenkung, d.h. dem Lenkrad in Geradeausstellung, im wesentlichen ein hydraulischer Druck oder eine Druckdifferenz in den durch den hydraulischen Kolben getrennten Kammern vorliegen kann, und dass die hydraulische Druckquelle eine Pumpe aufweist, die über eine Kupplung und über einen Antrieb, vorzugsweise Riementrieb, mit dem Fahrzeugantrieb verbindbar ist.
14. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Druckquelle einen Hochdruckspeicher aufweist, und dass die Pumpe betrieben wird, um den Hochdruckspeicher zu laden .
15. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Drucksensor vorgesehen ist, und dass der hydraulischer Druck in dem Hochdruckspeicher mit dem Drucksensor ermittelt wird.
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