EP1807298A1 - Servolenkung für kraftfahrzeuge - Google Patents

Servolenkung für kraftfahrzeuge

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Publication number
EP1807298A1
EP1807298A1 EP05811119A EP05811119A EP1807298A1 EP 1807298 A1 EP1807298 A1 EP 1807298A1 EP 05811119 A EP05811119 A EP 05811119A EP 05811119 A EP05811119 A EP 05811119A EP 1807298 A1 EP1807298 A1 EP 1807298A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
hydraulic
vehicle steering
steering system
pressure
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Withdrawn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
EP05811119A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günther VOGEL
Axel Hinz
Daniela Zuk
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 EP1807298A1 publication Critical patent/EP1807298A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/09—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by means for actuating valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/07—Supply of pressurised fluid for steering also supplying other consumers ; control thereof

Definitions

  • the invention relates to a vehicle steering system and a method for operating a vehicle steering system.
  • the servo assistance of the vehicle steering system has actuators in the middle region of the steering mechanism, for example hydraulic cylinders. By a force generated by the actuators, the operation of the steering mechanism is assisted in response to the rotation of the steering wheel by the driver. As a result, the force required by the driver during the steering operation is reduced.
  • an analogously actuated slide valve which regulates both the direction of action of the support cylinder and the magnitude of the support pressure.
  • the slide valve is designed as a rotary slide valve, in which the slide is positioned via a solenoid and / or an electric motor with reduction gear so that the desired back pressure on the support cylinder at the desired cylinder chamber is set to the desired height.
  • the required rotary valve valves are relatively complex and require a high manufacturing effort. On this basis, it is an object of the invention to provide an alternative vehicle steering system.
  • the invention proposes a vehicle steering system for motor vehicles with a steering handle operable by the driver, which is operatively connected to steerable vehicle wheels in order to specify a direction of travel.
  • the vehicle steering system comprises a hydraulic working cylinder, which has two effective directions, and a hydraulic pressure source, which acts on a valve assembly with a hydraulic pressure.
  • the valve assembly controls the height of the forwarded to the working cylinder hydraulic pressure and determines the Wirkrich ⁇ direction of the working cylinder.
  • the valve assembly comprises two separate valves, wherein the first valve determines the Wirkrich ⁇ direction of the working cylinder and the second valve controls the working pressure for the hydraulic cylinder.
  • the first valve is a digitally controllable electro-magnetic slide valve. In another embodiment of the invention, the first valve is an analog controllable electro-magnetic slide valve.
  • the first slide valve has a variable switching speed.
  • the variab ⁇ le switching speed is favorable to achieve soft switching operations.
  • the slide of the first valve when switching from one to the other working direction of the working cylinder, provides a hydraulic short circuit between the two cylinder chambers of the working cylinder. that's it.
  • the hydraulic short circuit increases the steering comfort for the driver.
  • a control unit which receives signals from a steering angle sensor and from a steering element sensor and derives therefrom control commands which are output to the valve assembly.
  • the second valve is an analog controllable slide valve.
  • a displacement sensor may be provided which detects the position of the slider of the second valve and transmits a corresponding position signal to the control unit.
  • the pressure source can be formed by a pump, which conveys a hydraulic medium from a reservoir and pressurizes the valve assembly with the hydraulic medium.
  • a safety valve which, in the event of a fault, produces a hydraulic short circuit between the cylinder chambers of the working cylinder.
  • the safety valve may be an electromagnetic valve, which is biased by a mechanical spring into the position of the hydraulic short circuit.
  • At least three pressure sensors are provided, of which two always measure the same pressure during normal operation.
  • This configuration has the advantage that certain Radio ⁇ disorders are detected quickly and easily, if not two of the pressure sensors indicate the same pressure.
  • Another object of the invention is to provide a method for operating a vehicle steering system of the type described above.
  • this object is achieved by a method for operating a hydraulic vehicle steering, which comprises the following steps:
  • Figure 1 A schematic representation of a erfindungs ⁇ contemporary vehicle steering
  • Figure 2a a hydraulic circuit diagram of a first
  • Figure 2b a hydraulic circuit diagram of a second Embodiment of the inventionppe ⁇ steering
  • Figure 2c a hydraulic circuit diagram of a third
  • Figure 3a a concrete embodiment of the third
  • Figure 3c a third specific embodiment of the third embodiment of Figure 2c.
  • the steering system illustrated in FIG. 1 consists of a steering wheel 1 and a steering column 2 connected to the steering wheel 1, which comprises two universal joints 3, 4.
  • the steering column 2 is connected to a steering wheel shaft 5 or forms part of the steering wheel shaft 5.
  • the steering wheel shaft 5 drives a steering gear 6, which converts the rotational movement of the steering wheel shaft 5 in a translational movement of a handlebar 7.
  • the steering rod 7 is formed in FIG. 1 as a toothed rack 7, which actuates the tie rods 8, 9 arranged on the steering rod.
  • the operation of the tie rods 8, 9 causes pivoting of wheels 10, 11 to control the direction of travel of the vehicle.
  • a hydraulic assistance is realized by means of a hydraulic pump 12 driven by the drive motor of the vehicle.
  • the pump 12 is in the illustrated embodiment, a Rie driven by men 13. Of course, however, all other suitable drive means, which are known in the prior art, are also conceivable for realizing the present invention.
  • the hydraulic pump 12 generates pressure in a hydraulic fluid which is supplied via a line 14 to a directional valve 15. Via a return line 16, the pressure fluid in a reservoir 17 zu ⁇ back flow.
  • the directional valve 15 is connected via two hydraulic lines 18a, 18b to a hydraulic working cylinder 19.
  • the working cylinder 19 is divided by a piston 20 into two cylinder chambers 21, 22.
  • the piston 20 is firmly seated on the handlebar 7, so that the piston 20 can exert force directly on the handlebar 7 when one of the two cylinder chambers 21, 22 is subjected to an overpressure.
  • a torsion bar 23 Between the second universal joint 4 and the steering gear 6, a torsion bar 23, a torque sensor 24 and a Winkelsen ⁇ sensor 25 are arranged.
  • the angle sensor 25 measures the angle of rotation predetermined by a driver with the steering wheel 1 and outputs an output signal ⁇ representing this angle of rotation.
  • the output signal ⁇ is transmitted via a vehicle bus (CAN) 27 and delivered to a central control unit (ECU) 28.
  • the vehicle bus transmits the output signal ⁇ , for example, to a driving stability control, which is not illustrated in FIG. 1 and is not the subject of the present invention.
  • the torque sensor 24 measures the torque exerted by the driver and outputs an output signal M representing the torque to the control unit 28.
  • control electronics 28 also receives a signal U Bat representing the battery voltage, if necessary To be able to deflect a fault message, that is, the bat ⁇ teries voltage drops below a threshold and the ein ⁇ wall-free function of the vehicle steering is no longer guaranteed.
  • a fault message causes thebut ⁇ valve 33 is switched off and between the cylinder chambers 21, 22, a hydraulic short circuit is made, which sets the hydaulaul steering assistance out of action.
  • a control line 29 leads to the directional valve 15 to set the direction of the steering assistance, that is, which of the two cylinder chambers 21, 22 is acted upon by the pressure medium.
  • a slide valve 45 (FIG. 2), which is not shown in FIG. 1, determines the height of the working pressure, that is, how large the steering assistance is. The position of the slide in the directional valve 15 is measured with a position transducer 31 whose output signal is fed back to the control unit 28 in order to close a control loop.
  • a second control line 32 connects the control unit 28 with a safety valve 33.
  • the safety valve 33 establishes a hydraulic short circuit between the two cylinder chambers 21, 22 of the working cylinder 19. This ensures that the vehicle remains steerable because of the mechanical coupling between the steering wheel 1 and the steering rod 7.
  • the hydraulic short circuit between the cylinder chambers 21, 22 ensures that the piston 20 and thus the steering rod is displaceable.
  • the safety valve 33 is designed so that it is biased by a mechanical spring 34 in the short-circuited position shown in Figure 1.
  • An electromagnet 35 operates against the spring pressure and closes the safety valve 33, when a corresponding current flows through the winding of the electromagnet. If the control unit 28 switches off the power or if the power fails, then the safety valve 33 automatically returns to the short-circuited position, whereby the steerability of the vehicle is guaranteed.
  • valve assembly 30 which regulates the height and the direction of the working pressure, including the safety valve 33, is also referred to as valve assembly 30 for short and is shown in FIG. 1 with a dashed line.
  • FIG. 2 a shows a hydraulic circuit diagram of the vehicle steering system illustrated in FIG.
  • the pump 12 draws hydraulic fluid from the reservoir 17 and delivers it at elevated pressure through the line 14 to the directional valve 15.
  • the directional valve 15 in FIG. 2a is a solenoid valve with two lifting magnets 40a, 40b arranged on both sides, which contact two also arranged on both sides springs 41a, 41b work.
  • the directional valve 15 is thus spring-centered.
  • both magnets 40a, 40b are de-energized, the slide of the directional valve 15 (directional slide) assumes the middle position shown in FIG. 2a, in which the four connections of the valve are hydraulically short-circuited in pairs. If one of the two solenoids is activated, the connections of the valve 15 are switched through directly or crosswise.
  • the position of the slide is monitored by a displacement sensor 31 whose output signal is transmitted to the control unit 28.
  • the displacement sensor 31 may be replaced by a travel switch which monitors the position of the directional spool.
  • the hydraulic lines 18a and 18b connect two of the An ⁇ connections of the directional valve 15 with the left or right cylinder chamber 21, 22 of the working cylinder 19. Zwi ⁇ tween the cylinder chambers 21, 22 and the directional valve 15, the safety valve 33 is arranged, its operation has already been explained in connection with Figure 1.
  • the height of the pressure in the pressure line 14 is measured by a pressure sensor 43.
  • a pressure sensor 44a, 44b is arranged in each of the two supply lines 18a, 18b relative to the two cylinder chambers 21, 22.
  • the illustrated arrangement of the three pressure sensors 43, 44a and 44b allows effective monitoring of the proper functioning of the valves 15 and 33.
  • two of the three pressure sensors always measure the same pressure:
  • the pressure sensors 43 and 44a measure the same pressure.
  • the pressure sensor 44b connected to the vented cylinder chamber 22 accordingly measures a lower pressure.
  • the pressure sensors 43 and 44b measure the same pressure.
  • the pressure sensor 44a connected to the then vented cylinder chamber 21 accordingly measures a lower pressure.
  • the output signals of the pressure sensors 43, 44a and 44b are transmitted to the control unit 28, where they are evaluated.
  • Deviating from this scheme measured values are evaluated by the Steuer ⁇ unit 28 as a fault.
  • a possible reaction to the fault is the shutdown of the hydraulic Lenkunter ⁇ support by the safety valve 33 short circuits the lines 18a, 18b.
  • the short-circuit renders the hydraulic cylinder 19 ineffective, as has been described in connection with FIG.
  • the pressure measurements are repeated before an evaluation of the measurement results.
  • the height of the pressure is adjusted by means of a slide valve 45.
  • the slide valve is pre-controlled by an analogized Mag ⁇ netventil 46, that is, the slide of the valve 45 is hydraulically actuated, wherein the actuating pressure of the solenoid valve 46 is adjusted.
  • Mag ⁇ netventil 46 the slide of the valve 45 is hydraulically actuated, wherein the actuating pressure of the solenoid valve 46 is adjusted.
  • the pressure drop between the supply line 14 and the return line 16 for the hydraulic fluid is utilized.
  • a flow restriction 47 and filter 48 are arranged to avoid, for example, pressure jumps ver ⁇ .
  • the slide valve 45 is driven by a magnet. Also, this embodiment allows as well as the hydraulically pilot-operated valve 45, a continuous change in the valve spool position to a continuous change in the working pressure to er ⁇ possible.
  • a Strö ⁇ tion filter 49 is arranged, with which a pressure relief valve 51 is connected in parallel as a bypass valve.
  • FIG. 2b shows a hydraulic circuit diagram of a modified embodiment of the vehicle steering system according to the invention.
  • the directional valve has a lifting magnet 40 arranged on one side, which operates against a spring 41.
  • the directional valve 15 in FIG. 2 b like the directional valve 15 in FIG. 2 a, has a middle position in which a short circuit between the two cylinder chambers 21, 22 of the working cylinder 19 is produced. is set when the directional valve switches the direction of action of the working cylinder 19.
  • a single connection plug for the lifting magnet has to be provided for the directional valve 15 in FIG. 2b, which brings a cost advantage.
  • FIG. 2c shows the hydraulic circuit diagram of a further embodiment of the vehicle steering system according to the invention.
  • the directional valve 15 has only one single lifting magnet 40, which operates against a spring 41.
  • the hydraulic short circuit when switching over the directional valve is not achieved with a separate switching position.
  • the control edges on the slider narrower than the diameter of the feed holes of the sleeve, so that when changing the slide from one position to the other position briefly the desired hydraulic short circuit between the cylinder chambers 21 and 22 of the Working cylinder 19 is created.
  • the directional valve shown in Figure 2c is we ⁇ niger consuming than the directional valves shown in Figures 2a and 2b.
  • the embodiment shown in FIG. 2c is particularly advantageous because the directional slide does not have a separate center position and can therefore be designed to be very simple and short.
  • the safety valve 33 is always switched off when no Lenk ⁇ support is needed. This mode also turns out positive for the heat balance of the electronics.
  • the corresponding operating method represents the second aspect of the present invention.
  • FIG. 3 a shows a specific embodiment of the hydraulic circuit diagram shown in FIG. 2 c.
  • the safety valve 33 has a sleeve 56 with six stages 57.
  • the sau ⁇ valve 33 further has a hollow-bore piston 58 without transverse bores.
  • a separate reservoir connection 59 ensures pressure equalization in the safety valve 33.
  • the safety valve is not suitable for mini-clinching.
  • the directional valve 15 has a nozzle 61 with five stages 62 and a piston 63 designed as a solid body.
  • the directional valve 15 is suitable for mini-clinching.
  • FIG. 3b shows a further concrete embodiment for the hydraulic circuit diagram shown in FIG. 2c.
  • the safety valve 33 has a sleeve 66 with five stages 67.
  • the safety valve 33 is provided with a hollow-drilled piston 68 with transverse bores. However, no pressure equalization is provided by separate reservoir connections.
  • the directional valve 15 has a sleeve 71 with four stages 72 and a hollow-bore piston 73, which is provided with transverse bores.
  • the directional valve 15 is miniclinchtauglich.
  • FIG. 3c shows a final concrete embodiment for the hydraulic circuit diagram shown in FIG. 2c.
  • the directional valve 15 and the safety valve 33 are designed such that sen and pistons are each designed as equal parts.
  • the sleeves are provided with five steps.
  • the pistons are hollow drilled and have transverse bores.
  • Both valves 15, 33 are miniclinchtauglich.
  • no pressure compensation is provided by separate reservoir connections.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe (1) vorgeschlagen, die mit lenkbaren Fahrzeugrädern (10,11) wirkungsmäßig verbunden ist, um eine Fahrtrichtung vorzugeben. Die Fahrzeuglenkung umfasst einen hydraulischen Arbeitszylinder (19) , der zwei Wirkrichtungen aufweist, sowie eine hydraulische Druckquelle (12) , die eine Ventilbaugruppe (30) mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt. Die Ventilbaugruppe (30) steuert die Höhe des an den Arbeitszylinder (19) weitergeleiteten hydraulischen Drucks und legt die Wirkrichtung des Arbeitszylinders (19) fest. Die Ventilbaugruppe (30) umfasst zwei getrennte Ventile, wobei das erste Ventil die Wirkrichtung des Arbeitszylinders festlegt und das zweite Ventil den Arbeitsdruck für den hydraulischen Arbeitszylinder steuert. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeuglenkung vorgeschlagen .

Description

SERVOLENKUNG FÜR KRAFTFAHRZEUGE
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkung sowie ein Verfah¬ ren zum Betrieb einer Fahrzeuglenkung.
Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen oder elektrohydraulischen Ser¬ volenkungen ausgestattet, bei denen ein Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. Die Servo- Unterstützung der Fahrzeuglenkung weist in der Regel im Mit¬ telbereich des Lenkmechanismus Aktuatoren auf, beispielsweise Hydraulikzylinder. Durch eine von den Aktuatoren erzeugte Kraft wird die Betätigung des Lenkmechanismus in Reaktion auf die Drehung des Lenkrades durch den Fahrer unterstützt. Da¬ durch wird der Kraftaufwand des Fahrers beim Lenkvorgang ver¬ ringert.
Bei bekannten Fahrzeuglenkungen ist ein analog angesteuertes Schieberventil vorgesehen, dass sowohl die Wirkrichtung des Unterstützungszylinders als auch die Höhe des Unterstützungs¬ druckes regelt. Das Schieberventil ist als Drehschieberventil ausgebildet, bei dem der Schieber über einen Hubmagneten und/oder über einen Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe so positioniert wird, dass sich der gewünschte Staudruck am Un¬ terstützungszylinder bei der gewünschten Zylinderkammer in der gewünschten Höhe einstellt. Die erforderlichen Drehschieber¬ ventile sind relativ komplex und erfordern einen hohen Her¬ stellungsaufwand. Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine al¬ ternative Fahrzeuglenkung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung schlägt eine Fahrzeuglenkung für Kraft¬ fahrzeuge mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe vor, die mit lenkbaren Fahrzeugrädern wirkungsmäßig verbunden ist, um eine Fahrtrichtung vorzugeben. Die Fahrzeuglenkung umfasst einen hydraulischen Arbeitszylinder, der zwei Wirkrichtungen aufweist, sowie eine hydraulische Druckquelle, die eine Ven¬ tilbaugruppe mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt. Die Ventilbaugruppe steuert die Höhe des an den Arbeitszylinder weitergeleiteten hydraulischen Drucks und legt die Wirkrich¬ tung des Arbeitszylinders fest. Die Ventilbaugruppe umfasst zwei getrennten Ventile, wobei das erste Ventil die Wirkrich¬ tung des Arbeitszylinders festlegt und das zweite Ventil den Arbeitsdruck für den hydraulischen Arbeitszylinder steuert.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Ventil ein digital ansteuerbares elektro-magnetisches Schieberventil ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das erste Ventil ein analog ansteuerbares elektro-magnetisches Schieberventil.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist das erste Schie¬ berventil eine variable Schaltgeschwindigkeit auf. Die variab¬ le Schaltgeschwindigkeit ist günstig, um weiche Schaltvorgänge zu erzielen.
Bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel stellt der Schieber des ersten Ventils beim Umschalten von der einen auf die ande¬ re Wirkrichtung des Arbeitszylinders einen hydraulischen Kurz- schluss zwischen den beiden Zylinderkammern des Arbeitszylin- ders her. Der hydraulische Kurzschluss erhöht den Lenkkomfort für den Fahrer.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsge¬ mäßen Fahrzeuglenkung ist eine Steuereinheit vorgesehen, wel¬ che Signale von einem Lenkwinkelsensor und von einem Lenkmo¬ mentsensor empfängt und hieraus Steuerbefehle ableitet, die an die Ventilbaugruppe abgegeben werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zwei¬ te Ventil ein analog ansteuerbares Schieberventil. In diesem Fall kann ein Wegsensor vorgesehen sein, der die Position des Schiebers des zweiten Ventils erfasst und ein entsprechendes Positionssignal an die Steuereinheit übermittelt.
Zweckmäßigerweise kann die Druckquelle von einer Pumpe gebil¬ det sein, die ein Hydraulikmedium aus einem Reservoir fördert und die Ventilbaugruppe mit dem Hydraulikmedium beaufschlagt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Sicherheitsventil vorgesehen, das bei einer Störung einen hyd¬ raulischen Kurzschluss zwischen den Zylinderkammern des Ar¬ beitszylinders herstellt. Das Sicherheitsventil kann ein e- lektromagnetisches Ventil sein, das mit einer mechanischen Fe¬ der in die Stellung des hydraulischen Kurzschlusses vorge¬ spannt ist.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung sind mindestens drei Drucksensoren vorgesehen, von denen im Normalbetrieb immer zwei denselben Druck messen. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass bestimmte Betriebs¬ störungen schnell und einfach festgestellt werden, wenn nicht zwei der Drucksensoren denselben Druck anzeigen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeuglenkung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Be¬ trieb einer hydraulischen Fahrzeuglenkung gelöst, das die fol¬ genden Schritte umfasst:
- Wahlweise die Zylinderkammern eines Arbeitszylinders mit hydraulischem Druckmedium beaufschlagen;
- ein Sicherheitsventil gegen die Kraft einer mechanischen Fe¬ der geschlossen halten, wenn von dem Arbeitszylinder eine Lenkkraft angefordert wird; und
- das Sicherheitsventil öffnen, wenn von dem Arbeitszylinder keine Lenkkraft angefordert wird oder wenn eine Störung festgestellt wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind hierbei mit demselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1: Eine schematische Darstellung einer erfindungs¬ gemäßen Fahrzeuglenkung;
Figur 2a: einen hydraulischen Schaltplan einer ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeug¬ lenkung;
Figur 2b: einen hydraulischen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeug¬ lenkung;
Figur 2c: einen hydraulischen Schaltplan einer dritten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeug¬ lenkung;
Figur 3a: eine konkrete Ausgestaltung der dritten
Ausführungsform der Fahrzeuglenkung aus Figur 2c;
Figur 3b: eine weitere konkrete Ausgestaltung der dritten
Ausführungsform der Fahrzeuglenkung aus Figur 2c; und
Figur 3c: eine dritte konkrete Ausgestaltung der dritten Ausführungsform aus Figur 2c.
Das in Figur 1 dargestellte Lenksystem besteht aus einem Lenk¬ rad 1 und einer mit dem Lenkrad 1 verbundenen Lenksäule 2, die zwei Kreuzgelenke 3, 4 umfasst. Die Lenksäule 2 ist mit einer Lenkradwelle 5 verbunden oder bildet ein Teil der Lenkradwelle 5. Die Lenkradwelle 5 treibt ein Lenkradgetriebe 6 an, welches die Drehbewegung der Lenkradwelle 5 in eine translatorische Bewegung einer Lenkstange 7 umwandelt. Die Lenkstange 7 ist in Figur 1 als Zahnstange 7 ausgebildet, welche die an der Lenk¬ stange angeordneten Spurstangen 8, 9 betätigt. Die Betätigung der Spurstangen 8, 9 bewirkt ein Verschwenken von Rädern 10, 11, um die Fahrtrichtung des Fahrzeuges zu steuern. Bei der hier gezeigten Zahnstangenlenkung wird eine hydraulische Un¬ terstützung mittels einer von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs angetriebene hydraulische Pumpe 12 realisiert. Die Pumpe 12 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Rie- menantrieb 13 angetrieben. Selbstverständlich sind aber für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung auch alle ande¬ ren geeigneten Antriebsmittel denkbar, die im Stand der Tech¬ nik bekannt sind. Die hydraulische Pumpe 12 erzeugt in einer Hydraulikflüssigkeit Druck, die über eine Leitung 14 einem Richtungsventil 15 zugeführt wird. Über eine Rücklaufleitung 16 kann die Druckflüssigkeit in einen Vorratsbehälter 17 zu¬ rückströmen. Das Richtungsventil 15 ist über zwei Hydraulik¬ leitungen 18a, 18b mit einem hydraulischen Arbeitszylinder 19 verbunden. Der Arbeitszylinder 19 wird von einem Kolben 20 in zwei Zylinderkammern 21, 22 aufgeteilt.
Der Kolben 20 sitzt fest auf der Lenkstange 7, so dass der Kolben 20 unmittelbar auf die Lenkstange 7 Kraft ausüben kann, wenn eine der beiden Zylinderkammern 21, 22 mit einem Über¬ druck beaufschlagt wird.
Zwischen dem zweiten Kreuzgelenk 4 und dem Lenkgetriebe 6 sind ein Torsionsstab 23, ein Momentensensor 24 und ein Winkelsen¬ sor 25 angeordnet. Der Winkelsensor 25 misst den von einem Fahrer mit dem Lenkrad 1 vorgegebenen Drehwinkel und gibt ein diesen Drehwinkel repräsentierendes Ausgangssignal δ ab. Das Ausgangssignal δ wird über einen Fahrzeugbus (CAN) 27 übertra¬ gen und an eine zentrale Steuereinheit (ECU) 28 abgegeben. Der Fahrzeugbus überträgt das Ausgangssignal δ zum Beispiel auch an eine Fahrstabilitätsregelung, die in Figur 1 nicht darge¬ stellt ist und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Der Momentensensor 24 misst das von dem Fahrer ausgeübte Drehmoment und gibt ein das Drehmoment repräsentierende Aus¬ gangssignal M an die Steuereinheit 28 ab.
Schließlich empfängt die Steuerelektronik 28 auch ein die Bat¬ teriespannung repräsentierendes Signal UBat, um gegebenenfalls eine Störungsmeldung auslenken zu können, das heißt, die Bat¬ teriespannung unter einen Schwellenwert absinkt und die ein¬ wandfreie Funktion der Fahrzeuglenkung nicht mehr gewährleis¬ tet ist. Eine Störungsmeldung bewirkt, dass das Sicherheits¬ ventil 33 abgeschaltet und zwischen den Zylinderkammern 21, 22 ein hydraulischer Kurzschluss hergestellt wird, der die hyd¬ raulische Lenkunterstützung außer Funktion setzt.
Von der Steuereinheit 28 führt eine Steuerleitung 29 zu dem Richtungsventil 15, um die Richtung der Lenkunterstützung festzulegen, das heißt welche der beiden Zylinderkammern 21, 22 mit dem Druckmittel beaufschlagt wird. Darüber hinaus legt ein in Figur 1 nicht dargestelltes Schieberventil 45 (Figur 2) die Höhe des Arbeitsdruckes fest, das heißt wie groß die Lenk¬ unterstützung ist. Die Position des Schiebers in dem Rich¬ tungsventil 15 wird mit einem Wegaufnehmer 31 gemessen, dessen Ausgangssignal zu der Steuereinheit 28 zurückgeführt wird, um einen Regelkreis zu schließen.
Eine zweite Steuerleitung 32 verbindet die Steuereinheit 28 mit einem Sicherheitsventil 33. Bei einem Systemausfall stellt das Sicherheitsventil 33 einen hydraulischen Kurzschluss zwi¬ schen den beiden Zylinderkammern 21, 22 des Arbeitszylinders 19 her. Dadurch ist gewährleistet, dass das Fahrzeug wegen der mechanischen Kopplung zwischen dem Lenkrad 1 und der Lenkstan¬ ge 7 lenkbar bleibt. Der hydraulische Kurzschluss zwischen den Zylinderkammern 21, 22 stellt sicher, dass der Kolben 20 und damit die Lenkstange verschiebbar ist.
Das Sicherheitsventil 33 ist so ausgebildet, dass es mit einer mechanischen Feder 34 in die in Figur 1 dargestellte Kurz¬ schlussstellung vorgespannt ist. Ein Elektromagnet 35 arbeitet gegen den Federdruck und verschließt das Sicherheitsventil 33, wenn ein entsprechender Strom durch die Wicklung des Elektro¬ magneten fließt. Wenn die Steuereinheit 28 den Strom abschal¬ tet oder wenn der Strom ausfällt, dann stellt sich das Sicher¬ heitsventil 33 automatisch wieder in die Kurzschlussstellung zurück, womit die Lenkbarkeit des Fahrzeuges garantiert ist.
Die Baugruppe, welche die Höhe und die Richtung des Arbeits¬ druckes regelt, einschließlich des Sicherheitsventils 33, wird kurz auch als Ventilbaugruppe 30 bezeichnet und ist in Figur 1 mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet.
In Figur 2a ist ein hydraulischer Schaltplan der in Figur 1 veranschaulichten Fahrzeuglenkung dargestellt. Die Pumpe 12 saugt aus dem Reservoir 17 Hydraulikflüssigkeit an und fördert sie mit erhöhtem Druck durch die Leitung 14 zu dem Richtungs¬ ventil 15. Das Richtungsventil 15 in Figur 2a ist ein Magnet¬ ventil mit zwei beidseitig angeordneten Hubmagneten 40a, 40b, die gegen zwei ebenfalls beidseitig angeordnete Federn 41a, 41b arbeiten. Das Richtungsventil 15 ist somit federzentriert. Wenn beide Magnete 40a, 40b stromlos geschaltet sind, nimmt der Schieber des Richtungsventil 15 (Richtungsschieber) die in Figur 2a dargestellte Mittelstellung ein, in der die vier An¬ schlüsse des Ventils paarweise hydraulisch kurzgeschlossen sind. Wird einer der beiden Hubmagnete aktiviert, werden die Anschlüsse des Ventils 15 direkt beziehungsweise über kreuz durchgeschaltet. Die Stellung des Schiebers wird mit einem Wegsensor 31 überwacht, dessen Ausgangssignal an die Steuer¬ einheit 28 übertragen wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Wegsensor 31 durch einen Wegschalter ersetzt sein, der die Stellung des Richtungsschiebers überwacht. Die hydraulischen Leitungen 18a und 18b verbinden zwei der An¬ schlüsse des Richtungsventils 15 mit der linken beziehungswei¬ se rechten Zylinderkammer 21, 22 des Arbeitszylinders 19. Zwi¬ schen den Zylinderkammern 21, 22 und dem Richtungsventil 15 ist das Sicherheitsventil 33 angeordnet, dessen Funktionsweise bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert worden ist.
Die Höhe des Druckes in der Druckleitung 14 wird mit einem Drucksensor 43 gemessen. Darüber hinaus ist in den beiden Zu¬ leitungen 18a, 18b zu den beiden Zylinderkammern 21, 22 je¬ weils ein Drucksensor 44a, 44b angeordnet. Die dargestellte Anordnung der drei Drucksensoren 43, 44a und 44b ermöglicht eine wirksame Überwachung der einwandfreien Funktion der Ven¬ tile 15 und 33. Bei einer einwandfreien Funktion der Ventile 15, 33 messen stets zwei der drei Drucksensoren denselben Druck: Wenn die Zylinderkammer 21 mit Druck beaufschlagt wird, messen die Drucksensoren 43 und 44a denselben Druck. Der mit der entlüfteten Zylinderkammer 22 verbundene Drucksensor 44b misst dementsprechend einen niedrigeren Druck. Wenn hingegen die Zylinderkammer 22 mit Druck beaufschlagt wird, messen die Drucksensoren 43 und 44b denselben Druck. Der mit der dann entlüfteten Zylinderkammer 21 verbundene Drucksensor 44a misst dementsprechend einen niedrigeren Druck. Die Ausgangssignal der Drucksensoren 43, 44a und 44b werden an die Steuereinheit 28 übertragen, wo sie ausgewertet werden.
Von diesem Schema abweichende Messwerte werden von der Steuer¬ einheit 28 als Störung bewertet. Eine mögliche Reaktion auf die Störung ist die Abschaltung der hydraulischen Lenkunter¬ stützung, indem das Sicherheitsventil 33 die Leitungen 18a, 18b kurzschließt. Der Kurzschluss macht den Hydraulikzylinder 19 unwirksam, wie es im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben worden ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Druckmessungen wiederholt werden, bevor eine Bewertung der Messergebnisse erfolgt.
Die Höhe des Druckes wird mit einem Schieberventil 45 einge¬ stellt. Das Schieberventil wird von einem analogisierten Mag¬ netventil 46 vorgesteuert, das heißt, der Schieber des Ventils 45 wird hydraulisch betätigt, wobei der Betätigungsdruck von dem Magnetventil 46 eingestellt wird. Dabei wird das Druckge¬ fälle zwischen der Zuleitung 14 und der Rückleitung 16 für das Hydraulikfluid ausgenutzt. In den Verbindungsleitungen zwi¬ schen den Ventilen 45 und 46 sind eine Strömungsbegrenzung 47 und Filter 48 angeordnet, um zum Beispiel Drucksprünge zu ver¬ meiden.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird das Schieberventil 45 mit einem Magnet angesteuert. Auch diese Ausführungsform ermöglicht ebenso wie das hydraulisch vorgesteuerte Ventil 45 eine kontinuierliche Veränderung der Ventilschieberstellung, um eine kontinuierliche Veränderung des Arbeitsdruckes zu er¬ möglichen. In der Rücklaufleitung 16 ist ebenfalls ein Strö¬ mungsfilter 49 angeordnet, mit dem ein Druckbegrenzungsventil 51 als Bypass-Ventil parallel geschaltet ist.
In Figur 2b ist ein Hydraulikschaltplan einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung darge¬ stellt. Der Unterschied gegenüber der in Figur 2a veranschau¬ lichten Ausführungsform liegt in der Ausgestaltung des Rich¬ tungsventils 15. Bei der Ausführungsform nach Figur 2b weist das Richtungsventil einen einseitig angeordneten Hubmagneten 40 auf, der gegen eine Feder 41 arbeitet. Das Richtungsventil 15 in Figur 2b hat jedoch ebenso wie das Richtungsventil 15 in Figur 2a eine Mittelstellung, in der ein Kurzschluss zwischen den beiden Zylinderkammern 21, 22 des Arbeitszylinders 19 her- gestellt wird, wenn das Richtungsventil die Wirkrichtung des Arbeitszylinders 19 umschaltet. Gegenüber der in Figur 2a dar¬ gestellten Ausführungsform muss für das Richtungsventil 15 in Figur 2b nur ein einziger Anschlussstecker für den Hubmagneten vorgesehen werden, was einen Kostenvorteil bringt.
In Figur 2c ist der hydraulische Schaltplan einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung gezeigt. Wie bei der Ausführungsform nach Figur 2b weist das Richtungs¬ ventil 15 nur einen einzigen Hubmagneten 40 auf, der gegen ei¬ ne Feder 41 arbeitet. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Figur 2b wird der hydraulische Kurzschluss beim Umschal¬ ten des Richtungsventils jedoch nicht mit einer separaten Schaltstellung erreicht. Vielmehr sind bei dem Richtungsventil 15 nach Figur 2c die Steuerkanten an dem Schieber schmaler als der Durchmesser der Zuführbohrungen der Hülse, so dass bei dem Wechsel des Schiebers von der einen Stellung in die andere Stellung kurzzeitig der gewünschte hydraulische Kurzschluss zwischen den Zylinderkammern 21 und 22 des Arbeitszylinders 19 entsteht. Das in Figur 2c dargestellte Richtungsventil ist we¬ niger aufwendig als die in den Figuren 2a und 2b dargestellten Richtungsventile.
Die in Figur 2c dargestellte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, weil der Richtungsschieber keine separate Mittel¬ stellung besitzt und deshalb sehr einfach und kurz ausgebildet werden kann. Allerdings würde sich in der Vorzugsrichtung, das heißt, wenn der Schaltmagnet unbestromt ist, durch den unver¬ meidlichen Staudruck am Druckregelventil eine ungewollte Kraft am Arbeitszylinder 19 einstellen, solange das Sicherheitsven¬ til 33 geschaltet ist. Deshalb wird bei dieser Ausführungsform das Sicherheitsventil 33 immer abgeschaltet, wenn keine Lenk¬ unterstützung benötigt wird. Diese Betriebsart weist sich auch positiv auf den Wärmehaushalt der Elektronik aus. Das dement- sprechende Betriebsverfahren stellt den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
In Figur 3a ist eine konkrete Ausführungsform für den in Figur 2c gezeigten hydraulischen Schaltplan gezeigt. Bei der in Fi¬ gur 3a dargestellten Ausführungsform weist das Sicherheitsven¬ til 33 eine Hülse 56 mit sechs Stufen 57 auf. Das Sicherheits¬ ventil 33 weist weiterhin einen hohlgebohrten Kolben 58 ohne Querbohrungen auf. Ein separater Reservoiranschluss 59 sorgt für den Druckausgleich in dem Sicherheitsventil 33. Das Si¬ cherheitsventil ist nicht miniclinchtauglich.
Das Richtungsventil 15 weist eine Düse 61 mit fünf Stufen 62 auf sowie einen als Vollkörper ausgebildeten Kolben 63. Das Richtungsventil 15 ist miniclinchtauglich.
In Figur 3b ist eine weiteren konkrete Ausgestaltung für den in Figur 2c gezeigten hydraulischen Schaltplan gezeigt. Bei dieser Ausführungsform weist das Sicherheitsventil 33 eine Hülse 66 mit fünf Stufen 67 auf. Das Sicherheitsventil 33 ist in diesem Fall mit einem hohlgebohrten Kolben 68 mit Querboh¬ rungen versehen. Allerdings ist kein Druckausgleich durch se¬ parate Reservoiranschlüsse vorgesehen.
Das Richtungsventil 15 weist eine Hülse 71 mit vier Stufen 72 auf sowie einen hohlgebohrten Kolben 73, der mit Querbohrungen versehen ist. Das Richtungsventil 15 ist miniclinchtauglich.
Schließlich ist in Figur 3c eine letzte konkrete Ausführungs¬ form für den in Figur 2c gezeigten hydraulischen Schaltplan dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind das Richtungsven¬ til 15 und das Sicherheitsventil 33 so ausgebildet, dass Hül- sen und Kolben jeweils als Gleichteile ausgeführt sind. Insbe¬ sondere sind die Hülsen mit fünf Stufen versehen. Die Kolben sind hohlgebohrt und weisen Querbohrungen auf. Beide Ventile 15, 33 sind miniclinchtauglich. Für das Sicherheitsventil 33 ist kein Druckausgleich durch separate Reservoiranschlüsse vorgesehen.

Claims

Patentansprüche:
1. Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge mit einer vom Fahrer be¬ tätigbaren Lenkhandhabe (1) , die mit lenkbaren Fahrzeugrä¬ dern (10, 11) wirkungsmäßig verbunden ist, um eine Fahrt¬ richtung vorzugeben, mit einem hydraulischen Arbeitszylin¬ der (19) , der zwei Wirkrichtungen aufweist, mit einer hyd¬ raulischen Druckquelle (12), die eine Ventilbaugruppe (30) mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt, wobei die Ven¬ tilbaugruppe (30) die Höhe des an den Arbeitszylinder (19) weitergeleiteten hydraulischen Drucks steuert und die Wirk¬ richtung des Arbeitszylinders festlegt, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ventilbaugruppe (30) zwei getrennte Ventile (15, 45) umfasst, wobei das erste Ventil (15) die Wirkrichtung des Arbeitszylinders festlegt und das zweite Ventil (45) den Arbeitsdruck für den hydraulischen Arbeitszylinder steuert.
2. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Ventil (15) ein digital ansteuerbares elektro-magnetisches Schieberventil ist.
3. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Ventil (15) ein analog ansteuer¬ bares elektro-magnetisches Schieberventil ist.
4. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Schieberventil (15) eine variable Schaltge¬ schwindigkeit aufweist.
5. Fahrzeuglenkung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schieber des ersten Ventils (15) beim Umschalten von der einen auf die andere Wirkrichtung des Arbeitszylin¬ ders einen hydraulischen Kurzschluss zwischen den beiden Zylinderkammern des Arbeitszylinders (19) herstellt.
6. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zweite Ventil (45) ein analog ansteuerbares Schie¬ berventil ist.
7. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche Signale von einem Lenkwinkelsensor und von einem Lenkmomentsensor empfängt und hieraus Steuerbefehle ableitet, die an die Ventilbaugruppe abgegeben werden.
8. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 6 und 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Wegsensor (31) vorgesehen ist, der die Position des Schiebers des ersten Ventils (15) erfasst und ein ent¬ sprechendes Positionssignal an die Steuereinheit (28) über¬ mittelt.
9. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Druckquelle von einer Pumpe (12) gebildet ist, die ein Hydraulikmedium aus einem Reservoir (17) fördert und die Ventilbaugruppe (30) mit dem Hydraulikmedium beauf¬ schlagt.
10. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Sicherheitsventil (33) vorgesehen ist, das bei ei¬ ner Störung einen hydraulischen Kurzschluss zwischen den Zylinderkammern (21, 22) des Arbeitszylinders (19) her¬ stellt.
11. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 10, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Sicherheitsventil (33) ein elektromagnetisches Ventil ist, das mit einer mechanischen Feder (34) in die Stellung des hydraulischen Kurzschlusses vorgespannt ist.
12. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 10, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens drei Drucksensoren (43, 44a, 44b) vorgese¬ hen sind, von denen im Normalbetrieb immer zwei denselben Druck messen.
13. Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Fahrzeuglenkung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
-Wahlweise die Zylinderkammern (21, 22) eines Arbeitszy¬ linders (19) mit hydraulischem Druckmedium beaufschlagen; - ein Sicherheitsventil (33) gegen die Kraft einer mechani¬ schen Feder geschlossen halten, wenn von dem Arbeitszy¬ linder (19) eine Lenkkraft angefordert wird; und
- das Sicherheitsventil (33) öffnen, wenn von dem Arbeits¬ zylinder keine Lenkkraft angefordert wird oder wenn eine Störung festgestellt wird.
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