EP4695130A1 - Lenkgetriebe mit integrierter hydraulischer vorspannung und filterelement - Google Patents

Lenkgetriebe mit integrierter hydraulischer vorspannung und filterelement

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Publication number
EP4695130A1
EP4695130A1 EP24714860.4A EP24714860A EP4695130A1 EP 4695130 A1 EP4695130 A1 EP 4695130A1 EP 24714860 A EP24714860 A EP 24714860A EP 4695130 A1 EP4695130 A1 EP 4695130A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
line
valve
steering system
hydraulic
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.)
Pending
Application number
EP24714860.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Peterreins
Martin Bernhard LEIBBRANDT
Heinz Henning Hoppmann
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.)
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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 Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Publication of EP4695130A1 publication Critical patent/EP4695130A1/de
Pending 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
    • B62D5/062—Details, component parts
    • 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
    • B62D5/065—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 specially adapted means for varying pressurised fluid supply based on need, e.g. on-demand, variable assist
    • 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
    • B62D5/062—Details, component parts
    • B62D5/064—Pump driven independently from vehicle engine, e.g. electric driven pump

Definitions

  • the present invention relates to an electrohydraulic steering system for a vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • GB 2383433 A shows a hydraulic delivery device, e.g. a power steering pump, which has a flow control valve between the pump and the supply and return lines.
  • the valve comprises a valve piston with a drilled, throttled extension that can be moved against the preload force of the valve spring in order to open the delivery chamber to the return.
  • the spring is mounted in a one- or multi-part valve housing between the valve piston and a drilled, throttled adjusting piston and its preload can be changed via the adjusting piston.
  • an electrically controlled valve device which can be proportional.
  • JP 2008037192 A discloses a power steering system comprising an environmental information detecting device for detecting information about a vehicle, a driver or a road, a hydraulic pressure control unit for controlling the hydraulic pressure supplied to a drive shaft drive unit on the basis of an output signal of the environmental information detecting device.
  • an electrohydraulic steering system with the features of claim 1.
  • an electrohydraulic steering system is provided for a vehicle, in particular a commercial vehicle, which has the following:
  • - at least one shuttle valve device in particular select-low valve device, which is or can be connected to the first line and/or the second line.
  • the invention is based on the basic idea that a shuttle valve device is provided which is or can be connected to the first line and/or the second line.
  • the shuttle valve device is connected with its two inputs to both lines, the lower pressure from these two lines can be output and used for other functions of the steering system in a simple manner, whereby the functional density of the steering system can be increased.
  • the hydraulic fluid is subjected to the lower output pressure of the first or second line (depending on the direction of displacement of the piston in the steering gear) at an output of the shuttle valve and can thus continue to be used.
  • the system pre-pressure is an important control variable, so that it should be continuously monitored or recorded.
  • Another basic idea of the present invention can be the provision of a hydraulic accumulator in which at least part of the hydraulic fluid can be stored and which can be part of at least one hydraulic circuit of the steering system.
  • the hydraulic accumulator can be designed as a hydraulic piston accumulator, in particular as a hydraulic spring piston accumulator, and thus generate the preload of the hydraulic fluid.
  • the piston position within the Hydraulic piston accumulator proportional to the system pre-pressure.
  • This pre-pressure detection or pre-pressure detection can therefore be implemented very easily via the piston position, so that the hydraulic piston accumulator, in addition to its main function of pre-loading the hydraulic fluid, can also be used as an additional device in such a way that the system pre-pressure can firstly be easily adjusted and secondly detected using its piston position.
  • the steering system can have at least one hydraulic tank and at least one return line, which is or can be connected to the shuttle valve device and the hydraulic tank. It can also be provided that the hydraulic piston accumulator is connected to the return line. Alternatively or additionally, the hydraulic piston accumulator can also be connected to the hydraulic tank or integrated into it.
  • the steering system can have at least one hydraulic pump, which is connected to the hydraulic tank on the suction side. This type of connection or wiring achieves a preload in the steering system by means of the hydraulic piston accumulator, i.e. the hydraulic pump sucks in hydraulic fluid that is already preloaded, i.e. under a certain pre-pressure.
  • the shuttle valve device which is connected to both lines with its two inlets, passes the lower pressure from these two lines to the return line despite the preload in the return line. Consequently, the hydraulic fluid (e.g. hydraulic oil adapted for the steering gear) in the return line is subjected to the lower output pressure of the first or second line (depending on the direction of movement of the piston in the steering gear) and is thus pre-tensioned, but still at a lower pressure level than in the pressurized first or second line, and returns to the hydraulic tank.
  • the pre-tension has the advantage of preventing or reducing cavitation and outgassing of air dissolved in the hydraulic oil.
  • the pre-tension has the further advantage that the pre-pressure on the suction side of the hydraulic pump can be controlled and/or regulated, meaning that the hydraulic pump can be operated from a higher inlet pressure, increasing its efficiency.
  • at least one filter device is arranged in the return line. This arrangement has the advantage that the filter does not have to be arranged on the high-pressure side, but rather on the low-pressure side in the return line to the hydraulic tank. As a result, the filter can be made mechanically less robust and structurally simpler, since it is not exposed to such high pressures. Consequently, cost advantages can also be achieved through such a filter design.
  • filtered hydraulic fluid is supplied to the hydraulic tank during each operating cycle of the steering gear piston, so that the purity level of the hydraulic fluid required by ISO4406 is easily guaranteed.
  • first line and/or the second line can be connected to the return line by means of the shuttle valve device, depending on at least a lower or equal pressure in the first line and/or the second line.
  • the hydraulic fluid in the return line is subjected to the lower output pressure of the first or second line (depending on the direction of displacement of the piston in the steering gear) and thus reaches the hydraulic tank under lower pressure, which can reduce component loads in the steering system.
  • the first or the second line can be defined as the output line and that this term output line can only ever refer to the condition of the direction of displacement of the piston.
  • the preload has the advantage of reducing wear in the hydraulic pump and improving the controllability or regulateability of the steering system.
  • At least one first check valve is arranged in the return line between the shuttle valve device and the filter device.
  • the first check valve provides another simple and safe way of generating and setting a minimum preload pressure in the return line. It is also possible that at least a minimum pressure can be generated and/or set in the return line using the first check valve, so that the hydraulic tank can be hydraulically preloaded using this minimum pressure.
  • This minimum preload pressure can be set, for example, using different spring constants and/or different types of springs (e.g. coil springs) for the check valve. It can also be provided that the spring constants for a given spring can be changed by simply changing the spring with a different constant, so that a very simple way of setting the minimum preload is possible.
  • At least one second check valve is arranged parallel to the filter device, which is connected to the return line upstream and downstream of the filter device. This arrangement increases the safety of the steering system in particular because if the filter device is clogged or worn, the pressure in the return line can increase undefined, which can lead to damage to the other lines and valves of the steering system. In such a case, the filter device can be bypassed using the second check valve and the system safety can still be fully guaranteed.
  • At least one pressure sensor is arranged parallel to the filter device, which is connected to the return line upstream and downstream of the filter device. This sensor increases system safety even further, since the degree of wear or blockage of the filter device can be determined by detecting the pressure in the return line.
  • the pressure sensor can also be used as a maintenance indicator for the filter device, since, for example, a pressure difference before and after the filter device can provide information about the blockage and/or blockage state of the filter device. Since the pre-load pressure in the return line is also an important control or regulation variable (see above), its precise detection is important and advantageous for system functionality and system safety.
  • the filter device is arranged on and/or in the hydraulic tank and the return line flows into the filter device and/or into the hydraulic tank.
  • the shuttle valve device prefferably has at least one first valve unit, which is arranged in the first line, and at least one second, in particular separate, valve unit, which is arranged in the second line. By separating the two valve units, they can be controlled separately, so that more individual control options are available compared to a common valve device.
  • first valve unit is designed as a 3/2-way valve and the second valve unit is designed as a 3/2-way valve.
  • the control logic described in the previous paragraph can be implemented particularly easily and efficiently using 3/2-way valves, since an additional connection is required in any case in order to be able to feed or supply the return line with the lower pressure from either the first or the second line.
  • the 3/2-way valve of the first valve unit can be designed as a seat valve, in particular a 3-port seat valve
  • the 3/2-way valve of the second valve unit can be designed as a seat valve, in particular a 3-port seat valve.
  • the first and second valve units each designed as a 3-port seat valve, can be designed with 3 connections and have two switching positions. Since the first and second valve units are safety-relevant, these valve units must be designed to be as robust as possible (e.g. against contamination), whereby this requirement can be advantageously met by designing them as seat valves. In addition, such valves are structurally simple, so that other possible sources of error can be excluded or minimized.
  • the first valve unit has at least one first hydraulic control input which is connected to the first line and wherein the second valve unit has at least one second hydraulic control input which is connected to the second line.
  • the respective valve pre-pressure is used as the control pressure for the first and second valve units. Since the direction of piston displacement also changes depending on the steering direction, the control/pressure of the steering gear also changes accordingly, sometimes through the first line and sometimes through the second line. As soon as the first or second line is pressurized, this pressure is tapped (through a corresponding control line) and fed to the control input. In response, the first valve unit switches, for example, from a blocking position for the first line to a through position so that the steering gear can be pressurized from the first line.
  • the second valve unit still remains in the blocking position for the second line, but can be designed so that the second line is connected to the return line.
  • the steering gear is pressurized from the first line and the hydraulic fluid (e.g. hydraulic oil suitable for steering gears) flows out of the second line into the second valve unit, where it flows into the return line because the first valve unit is in the through position for the first line and thus blocks the connection to the return line.
  • the shuttle valve device designed as a select-low valve allows the lower pressure from the second valve unit to pass through so that it is present in the return line.
  • the functions of the first valve unit and the second valve unit can be connected symmetrically to the first and second lines so that the previously described relationship between the first line being pressurized (by the hydraulic pump) and the second line not being pressurized by the hydraulic pump occurs in the opposite case (i.e. the second line being pressurized by the hydraulic pump and the first line not being pressurized by the hydraulic pump).
  • the control logic described above provides a very simple way of controlling the steering gear alternately (depending on the switching position of the first and second valve units) using the first or second line and supplying it with hydraulic fluid, and of always feeding the return line with the lower of the two pressures from the first or second line.
  • the first and second valve units can be designed as functionally and structurally identical valve units.
  • first valve unit is designed as a 3/2-way solenoid valve and the second valve unit is designed as a 3/2-way solenoid valve.
  • Solenoid valve units have the advantage that they can be controlled independently of the hydraulic pressure that is present before or after the first or second valve unit, which enables additional control options.
  • the shuttle valve device prefferably be designed as a 3/3-way valve.
  • This design has the same control options on a functional level as the control logic explained above using the valve units, which was explained in the context of the separate design of the shuttle valve arrangement.
  • the 3/3-way valve has the advantage that it is designed to save space and is less complex than two corresponding individual valve units with the same functional density.
  • At least one third check valve is arranged in the first line and at least one fourth check valve is arranged in the second line. This design enables an additional protective function for the first and second lines or for the shuttle valve device.
  • the steering system has at least one connecting line for connecting the first and second lines, wherein the connecting line is branched off from the first and second lines between the steering gear and the shuttle valve device, wherein at least one further shuttle valve is arranged in the connecting line.
  • the interaction of the further shuttle valve and the connecting line enables an additional functional expansion of the steering system in a structurally simple manner, without the circuit structure having to be significantly changed or complicated.
  • the additional shuttle valve can be designed as a select-high valve and have at least one output connection that can be connected to at least one additional pressure sensor.
  • This connection always allows the higher of the two Pressures in the first or second line (depending on the delivery direction of the hydraulic pump) can be recorded. This enables even more precise pressure monitoring in the steering system, since both the working pressure (for hydraulic actuation of the steering gear piston) in the pressurized first or second line can now be measured, as well as the return pressure within the return line (which essentially corresponds to the preload pressure). This allows the overall system pressure and in particular the loading state of the hydraulic filter in the return line to be determined even more precisely.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a circuit arrangement of a first embodiment of a steering system according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a circuit arrangement of a second embodiment of a steering system according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a circuit arrangement of a third embodiment of a steering system according to the invention.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a circuit arrangement of a fourth embodiment of a steering system according to the invention.
  • Fig. 5 is a schematic representation of a circuit arrangement of a fifth embodiment of a steering system according to the invention.
  • Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a first and second valve unit according to Figs. 1 and 5.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a circuit arrangement of a first embodiment of a steering system 100 according to the invention.
  • the electro-hydraulic steering system 100 for a commercial vehicle has a steering gear 102 in the form of a spindle steering gear 102.
  • the spindle steering gear 102 can be designed as a ball screw steering gear, although other types of gears are also conceivable.
  • the electro-hydraulic steering system 100 further comprises a first line 104 through which the steering gear 102 can be supplied with hydraulic fluid and controlled.
  • the electro-hydraulic steering system 100 has a second line 106 through which the steering gear 102 can also be supplied with hydraulic fluid and controlled.
  • a shuttle valve device 108 in the form of a select-low valve device 108 is provided, which is connected to the first line 104 and the second line 106.
  • the steering system 100 further comprises a hydraulic tank 110 and a return line 112 which is connected to the shuttle valve device 108 and the hydraulic tank 110.
  • a filter device 114 is arranged in the return line 112.
  • a first check valve 116 is arranged in the return line 112 between the shuttle valve device 108 and the filter device 114.
  • a second check valve 118 is arranged parallel to the filter device 114 and is connected to the return line 112 upstream and downstream of the filter device 114.
  • a pressure sensor 120 is also arranged parallel to the filter device 114, which is connected to the return line 112 upstream and downstream of the filter device 114.
  • the second check valve 118 and the pressure sensor 120 each form a hydraulic parallel circuit to the filter device 114.
  • the filter device 114 is shown in Fig. 1 external to the hydraulic tank 110.
  • the filter device 114 can also be arranged on or in the hydraulic tank 110, so that the return line 112 opens into the filter device 114 or into the hydraulic tank 110 accordingly.
  • the shuttle valve device 108 has a first valve unit 122 which is arranged in the first line 104 and a second, separate valve unit 124 which is arranged in the second line 106.
  • the return line 112 is further connected via an output line to the first valve unit 122 and the second valve unit 124, or opens into these
  • Output line each connected to an output port of the first valve unit 122 and the second valve unit 124.
  • the first and second valve units 122, 124 are structurally and functionally identical valve units.
  • the first valve unit 122 is designed as a 3/2-way valve and the second valve unit 124 is also designed as a 3/2-way valve.
  • the first valve unit 122 has a first hydraulic control input 126 which is connected to the first line 104.
  • the second valve unit 124 has a second hydraulic control input 128 which is connected to the second line 106.
  • the steering system 100 has a hydraulic pump 130, which is connected on the suction side to the hydraulic tank 110.
  • the hydraulic pump 130 is connected to the first and second lines 104, 106.
  • the hydraulic pump 130 is designed as a double-acting hydraulic pump, so that depending on the direction of rotation, either the first line 104 is pressurized or the second line 106, but never both lines 104, 106 at the same time.
  • a single-acting hydraulic pump is provided and is connected to the first and second lines 104, 106 via a corresponding switching valve (not shown in Fig. 1), which connects the hydraulic pump to the first or second line 104, 106 depending on the switching logic.
  • two hydraulic pumps can be provided, with one pump each being assigned to or connected to the first and second lines 104, 106.
  • the hydraulic pump 130 in Fig. 1 can be connected to the steering gear 102 via the first line 104, so that the actual connection depends on the switching position of the first valve unit 122.
  • the pressure-side output of the hydraulic pump 130 is connected to the steering gear 102 via the first valve unit 122 and the complete first line 104.
  • the output of the hydraulic pump 130 is connected to the steering gear 102 via the second valve unit 124 and the complete second line 106.
  • the first hydraulic control input 126 of the first valve unit 122 is connected via a control line (dashed representation in Fig. 1 ) to the section of the first line 104 which extends between the hydraulic pump 130 and the first valve unit 122.
  • the second hydraulic control input 128 of the second valve unit 124 is connected via a control line (dashed representation in Fig. 1 ) to the section of the second line 106 which extends between the hydraulic pump 130 and the second valve unit 124.
  • the hydraulic tank 110 is only shown schematically in Fig. 1, so that it is conceivable that the hydraulic pump 130 is also integrated in the tank. Alternatively or additionally, it is also conceivable that hydraulic tank 110 and hydraulic pump 130 form separate structural units and are flanged to one another and connected via corresponding lines (not shown in Fig. 1).
  • the hydraulic pump 130 As soon as the hydraulic pump 130 is driven by the motor M, which can be an electric motor (e.g. counterclockwise), it pressurizes the section of the first line 104 that extends to the first valve unit 122 (which is still in the blocking position for this section).
  • the motor M which can be an electric motor (e.g. counterclockwise)
  • the first valve unit 122 is automatically controlled via the first control input 126 and switched to the switching position not shown in Fig. 1.
  • the hydraulic pump 130 and the steering gear 102 are connected to each other via the first line 104, and the connection of the steering gear 102 connected to the first line 104 is pressurized.
  • the pressure in the associated first pressure chamber of the steering gear 102 then increases and the piston is forced to move because the pressure in the opposite, second pressure chamber is lower, so that steering assistance is achieved.
  • the pressure in the opposite second pressure chamber is lower because the connection of the steering gear 102 is connected to the return line 112 via the section of the second line 106 (which extends between the second valve unit 124 and the steering gear 102) and via the second valve unit 124.
  • the hydraulic fluid is displaced from the opposite, second chamber and displaced via the second valve unit 124 into the return line 112 and filtered via the filter device 114 and then fed back to the hydraulic tank 110 via the return line 112.
  • the first line 104 is therefore pressurized by the hydraulic pump 130, whereas the second line 106 is not pressurized, at least in the section between the hydraulic pump 130 and the second valve unit 124.
  • the hydraulic pump 130 As soon as the hydraulic pump 130 is driven by the motor M (now clockwise), it pressurizes the section of the second line 106 that extends to the second valve unit 124 (which is still in the blocking position for this section).
  • the second valve unit 124 is automatically controlled via the second control input 128 and pushed into the switching position not shown in Fig. 1.
  • the pressure in the associated second pressure chamber then increases and the piston is forced to move because the pressure in the opposite first pressure chamber is now lower, so that steering assistance is achieved.
  • the pressure in the opposite first pressure chamber is lower because the connection of the steering gear 102 is connected to the return line 112 via the section of the first line 104 (which extends between the first valve unit 122 and the steering gear 102) and via the first valve unit 122.
  • the hydraulic fluid is displaced from the opposite first chamber and displaced or fed into the return line 112 via the first valve unit 122 and filtered via the filter device 114 and then fed back to the hydraulic tank 110 via the return line 112.
  • the second line 106 is therefore pressurized by the hydraulic pump 130, whereas the first line 104 is not pressurized, at least in the section between the hydraulic pump 130 and the first valve unit 122.
  • the respective valve pre-pressure is used as control pressure for the first and second valve units 122, 124.
  • either the first or the second line 104, 106 is pressurized, so that the steering gear 102 is always only pressurized by one of the lines 104, 106 and the other line 104, 106 (which is not pressurized) serves at least in sections (see above) as a return flow line from the steering gear and feeds the return line 112.
  • the control/pressure of the steering gear 102 also changes accordingly, sometimes through the first line 104 and sometimes through the second line 106.
  • the shuttle valve device 108 designed as a select-low valve device, the first line 104 or the second line 106 can be connected to the return line 112, depending on a lower or equal pressure in the first line 104 or the second line 106.
  • the select-low valve unit 108 always allows the lower pressure from the line 104, 106 or the valve unit 122, 124 to pass through, which is not currently being pressurized by the hydraulic pump 130.
  • the first check valve 116 is arranged in the return line (as already structurally described above).
  • a minimum pressure in the return line 112 can be set so that the hydraulic tank 110 can be hydraulically preloaded (via a hydraulic accumulator 132) based on this minimum pressure.
  • control logic described above provides a very simple possibility of, on the one hand, controlling the steering gear 102 alternately (depending on the switching position of the first and second valve units 122, 124) and, on the other hand, always feeding the return line 112 with the lower of the two pressures from the first or second line 104, 106.
  • the hydraulic fluid or hydraulic oil at the outlet of the shuttle valve 108 is subjected to the output pressure of the first or second line 104, 106 (depending on the direction of displacement of the piston in the steering gear) and is returned to the hydraulic tank 110 via the return line 112.
  • the return line 112 is further connected to a hydraulic accumulator 132 (not shown in detail in Fig. 1, see Fig. 5), in which at least part of the hydraulic fluid is stored.
  • a hydraulic accumulator 132 can also be connected to the hydraulic tank 110 (not shown in detail in Fig. 5) or integrated into it.
  • the hydraulic accumulator 132 is designed as a hydraulic spring piston accumulator, which generates a pre-tension of the hydraulic fluid at least in the return line 112 and in the hydraulic tank 110 and thus provides the system pre-pressure.
  • the filter device 114, the second check valve 118 and/or the pressure sensor 120 can be integrated in the hydraulic accumulator 132.
  • the position of the accumulator piston within the hydraulic piston accumulator 132 is proportional to the system pre-pressure.
  • the hydraulic piston accumulator 132 can thus also be used as an additional device to easily adjust the system pre-pressure and to detect it based on its piston position.
  • the hydraulic pump 130 sucks in hydraulic fluid that is already pre-tensioned, i.e. under a certain pre-pressure.
  • the shuttle valve device 108 outputs the lower pressure from the first or second line 104, 106 and passes it on to the return line 112.
  • the hydraulic fluid in the return line 112 is subjected to the lower output pressure (relative to the shuttle valve device 108) of the first or second line 104, 106 (depending on the direction of displacement of the piston in the steering gear 102).
  • the hydraulic fluid enters the hydraulic tank 110 at a lower pressure level (relative to the other pressurized line 104, 106). In other words, this lower pressure is still greater than the pre-pressure.
  • the system pre-pressure is an important control variable, so it should be continuously monitored or recorded (as explained above, the piston position within the hydraulic piston accumulator 132 is proportional to the system pre-pressure).
  • This pre-pressure detection or pre-pressure detection can therefore be implemented very easily via the accumulator piston position, so that the hydraulic piston accumulator 132, in addition to its main function of generating pre-pressure, can also be used as a detection unit in order to firstly easily adjust the system pre-pressure and secondly to be able to detect it based on its piston position.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a circuit arrangement of a second embodiment of a steering system 200 according to the invention.
  • the second embodiment of the steering system 200 according to the invention shown in Fig. 2 has essentially the same structural and functional features as the first embodiment of the steering system 100 shown in Fig. 1.
  • the first valve unit 222 is designed as a 3/2-way solenoid valve and the second valve unit 224 is designed as a 3/2-way solenoid valve.
  • the first valve unit 222 and the second valve unit 224 are controlled via corresponding electromagnets 226, 228, whereby nothing changes in the control function described in connection with the control function in Fig. 1.
  • the control of the two 3/2-way solenoid valves must be carried out strictly in accordance with the respective pressure of the first or second line 104, 106, whereby the direction of rotation of the hydraulic pump 130 or a detected pressure in the first or second line 104, 106 can serve as a control variable (corresponding pressure sensors not shown in Fig. 2).
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a circuit arrangement of a third embodiment of a steering system 300 according to the invention.
  • the third embodiment of the steering system 300 according to the invention shown in Fig. 3 has essentially the same structural and functional features as the first embodiment of the steering system 100 shown in Fig. 1.
  • the shuttle valve device 308 is designed as a 3/3-way valve.
  • first and second valve units 122, 124 from Fig. 1 are combined to form a common structural 3/3-way valve unit.
  • the 3/3-way valve essentially corresponds to the function of the two valve units 122, 124 according to the first embodiment in Fig. 1 , because the 3/3-way valve 308 is switched by the two control inputs 326, 328.
  • a further difference from the first embodiment is that a third check valve 330 is arranged in the first line 104 and that a fourth check valve 340 is arranged in the second line 106.
  • the third and fourth check valves 330, 430 are located in the section of the first and second lines 104, 106 that extends between the hydraulic pump 130 and the 3/3-way valve 308.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a circuit arrangement of a fourth embodiment of a steering system 400 according to the invention.
  • the fourth embodiment of the steering system 400 according to the invention shown in Fig. 4 has essentially the same structural and functional features as the third embodiment of the steering system 300 shown in Fig. 3.
  • a structural difference between the third and fourth embodiments is the connection of the 3/3-way valve 308 or 408 in the switching position (also referred to as the rest position or initial position), when neither the first control input 126 nor the second control input 128 is pressurized, i.e. the hydraulic pump 130 is not delivering.
  • both sections of the first and second lines 104, 106 which extend between the hydraulic pump 130 and the 3/3-way valve 408, are connected to the return line 112.
  • the return line 112 is pressurized via one of these two lines 104, 106 until the 3/3-way valve 308 is switched by one of the two control inputs 426, 428.
  • the return line 112 is then reconnected to the low pressure side of the non-pressurized line 104, 106 (see explanation of Fig. 1).
  • This short pressurization of the return line 112 via one of these two lines 104, 106 has the advantage that the system pre-pressure can be built up more quickly, so that during the switch-on phase of the hydraulic pump 130 the pressure already generated can be used to provide the system pre-pressure.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a hydraulic circuit arrangement of a fifth embodiment of a steering system 500 according to the invention.
  • the fifth embodiment of the steering system 500 according to the invention shown in Fig. 5 has essentially the same structural and functional features as the first embodiment of the steering system 100 shown in Fig. 1.
  • the steering system 500 additionally has a connecting line 542 for connecting the first and second lines 104, 106.
  • the connecting line 542 is branched off from the first and second lines 104, 106 between the steering gear 102 and the shuttle valve device 508.
  • a further shuttle valve 544 (in addition to the shuttle valve device 508) is arranged in the connecting line 542.
  • the further shuttle valve 544 is designed as a select-high valve and has an output connection which is connected to a further pressure sensor 546 (in addition to the pressure sensor 120).
  • the higher of the two pressures in the first or second line 104, 106 (depending on the delivery direction of the hydraulic pump) is always output to it and can be detected there by the further pressure sensor 546.
  • This enables even more precise pressure monitoring in the steering system 500, since now both the working pressure (for hydraulic actuation of the steering gear piston) in the first or second line 104, 106 can be monitored as well as the return pressure within the return line 112 (which essentially corresponds to the preload pressure).
  • the overall system pressure and in particular the loading state of the hydraulic filter 114 in the return line 112 can be determined even more precisely.
  • the tank 110, the first check valve 116 and the filter check valve or second check valve 118 from Fig. 1 are not shown in Fig. 5, wherein the tank 110, the first check valve 116 and/or the second check valve 118 can also be provided in the fifth embodiment of the steering system 500.
  • Fig. 6 shows a schematic cross-sectional representation of an embodiment of a first and second valve unit 122, 124 according to Figs. 1 and 5, which are each hydraulically controlled.
  • the first and second valve units 122, 123 are each designed as 3/2-way valves, whereby for the sake of simplicity only one of these valves is shown schematically.
  • the first and second valve units 122, 124 are each designed as a seat valve in the form of a 3-port seat valve.
  • the 3-port seat valve has a valve housing 134 into which a pump-side
  • valve housing 134 has a tank-side connection into which the return line 112 opens, so that the seat valve 122, 124 has a total of three connections.
  • a valve body 136 is guided axially displaceably within the valve housing 134 and has two opposing valve seat surfaces by means of which it interacts with two valve seats of the valve housing 134.
  • valve seats are formed opposite each other on the pump-side connection of the first and second lines 104, 106 and the tank-side connection which is connected to the return line 112.
  • valve body 136 (if the first or second line 104, 106 is not pressurized) is pressed axially against the valve seat of the pump-side connection of the first or second line 104, 106 by a helical compression spring 138.
  • the switching position of the valve body 136 shown in Fig. 6 therefore corresponds to a return flow of the hydraulic oil from the unpressurized chamber of the steering gear 102 via the currently unpressurized first or second line 104, 106 and via the seat valve 122, 124 back into the return line 112.
  • valve body 136 rises from the switching position shown in Fig. 6 and is pressed against the tank-side connection by the increased hydraulic pressure at the pump-side connection against the spring force and closes it.
  • the corresponding working space of the steering gear 102 can be pressurized via the first or second line 104, 106, so that a corresponding steering assistance is provided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400) für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, aufweisend: - wenigstens ein Lenkgetriebe (102), insbesondere Spindellenkgetriebe (102); - wenigstens eine erste Leitung (104), durch die das Lenkgetriebe (102) mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist; - wenigstens eine zweite Leitung (106), durch die das Lenkgetriebe (102) mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist; und - wenigstens eine Wechselventileinrichtung (108, 208, 308, 408), insbesondere Select-Low-Ventileinrichtung (108, 208, 308, 408), die mit der ersten Leitung (104) und/oder der zweiten Leitung (106) verbunden oder verbindbar ist.

Description

BESCHREIBUNG
Lenkgetriebe mit integrierter hydraulischer Vorspannung und Filterelement
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Lenksystem für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug.
In herkömmlichen Lenksystemen für Nutzfahrzeuge entstehen durch Hydraulikelemente wie Filter, Ventile und/oder Steuerungselemente wie Aktoren bzw. das Lenkgetriebe hohe Verlustleistungen, die sich negativ auf den Systemwirkungsgrad auswirken. Im Stand der Technik sind bereits Lenksysteme für Fahrzeuge und im Speziellen für Nutzfahrzeuge bekannt.
So zeigt die GB 2383433 A eine hydraulische Fördereinrichtung, z.B. eine Servolenkungspumpe, die zwischen der Pumpe und den Vorlauf- und Rücklaufleitungen ein Stromregelventil aufweist. Das Ventil umfasst einen Ventilkolben mit einem gebohrten, gedrosselten Fortsatz, der gegen die Vorspannkraft der Ventilfeder verschiebbar ist, um die Förderkammer zum Rücklauf zu öffnen. Die Feder ist in einem ein- oder mehrteiligen Ventilgehäuse zwischen dem Ventilkolben und einem gebohrten, gedrosselten Einstellkolben gelagert und kann über den Einstellkolben in ihrer Vorspannung verändert werden. Um die Vorspannung einzustellen, wird der Druck auf der von der Feder abgewandten Seite des Einstellkolbens durch eine elektrisch gesteuerte Ventilvorrichtung eingestellt, die proportional sein kann.
Ferner offenbart die JP 2008037192 A eine Servolenkung umfassend eine Umgebungsinformations-Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Informationen über ein Fahrzeug, einen Fahrer oder eine Straße, eine Hydraulikdruck-Steuereinheit zum Steuern des einer Antriebswellen-Antriebseinheit zugeführten Hydraulikdrucks auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Umgebungsinformations-Erfassungseinrichtung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrohydraulisches Lenksystem der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass dieses System einfacher aufgebaut sein kann und einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrohydraulisches Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein elektrohydraulisches Lenksystem für ein Fahrzeug vorgesehen ist, insbesondere Nutzfahrzeug, das folgendes aufweist:
- wenigstens ein Lenkgetriebe, insbesondere Spindellenkgetriebe;
- wenigstens eine erste Leitung, durch die das Lenkgetriebe mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist;
- wenigstens eine zweite Leitung, durch die das Lenkgetriebe mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist; und
- wenigstens eine Wechselventileinrichtung, insbesondere Select-Low- Ventileinrichtung, die mit der ersten Leitung und/oder der zweiten Leitung verbunden oder verbindbar ist.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass eine Wechselventileinrichtung vorgesehen ist, die mit der ersten Leitung und/oder der zweiten Leitung verbunden oder verbindbar ist. Hierdurch kann für den Fall, dass die Wechselventileinrichtung mit ihren beiden Eingängen mit beiden Leitungen verbunden ist, der geringere Druck aus diesen beiden Leitungen ausgegeben und für weitere Funktionen des Lenksystems in einfacher Art und Weise genutzt werden, wodurch die Funktionsdichte des Lenksystems erhöht werden kann. Das Hydraulikfluid wird an einem Ausgang des Wechselventils mit dem geringeren Ausgangsdruck der ersten oder zweiten Leitung (je nach Verschiebungsrichtung des Kolbens in dem Lenkgetriebe) beaufschlagt und kann so weiter genutzt werden. Der Systemvordruck ist eine wichtige Regel- bzw. Steuerungsgröße, so dass dieser kontinuierlich überwacht bzw. erfasst werden sollte. Ein weiterer Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann das Vorsehen eines Hydraulikspeichers sein, in welchem zumindest ein Teil des Hydraulikfluids gespeichert werden kann und welcher Bestandteil wenigstens eines hydraulischen Schaltkreises des Lenksystems sein kann. Der Hydraulikspeicher kann als Hydraulikkolbenspeicher, insbesondere als Hydraulikfederkolbenspeicher, ausgebildet sein und so die Vorspannung des Hydraulikfluids erzeugen. Dabei ist die Kolbenposition innerhalb des Hydraulikkolbenspeichers proportional zum System-Vordruck. Diese Vordruckerkennung bzw. Vordruckerfassung kann folglich sehr einfach über die Kolbenposition realisiert werden, so dass der Hydraulikkolbenspeicher zusätzlich zu seiner Hauptfunktion der Vorspannung des Hydraulikfluids noch als zusätzliche Einrichtung derart nutzbar wird, um den Systemvordruck in einfacher Weise erstens einzustellen und zweitens anhand seiner Kolben-Position erfassen zu können.
Außerdem kann das Lenksystem wenigstens einen Hydrauliktank und wenigstens eine Rückführleitung aufweisen, die mit der Wechselventileinrichtung und dem Hydrauliktank verbunden oder verbindbar ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Hydraulikkolbenspeicher mit der Rückführleitung verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Hydraulikkolbenspeicher auch mit dem Hydrauliktank verbunden sein oder in diesen integriert sein. Zusätzlich kann das Lenksystem wenigstens eine Hydraulikpumpe aufweisen, die saugseitig mit dem Hydrauliktank verbunden ist. Durch diese Art der Verbindung bzw. Verschaltung wird mittels des Hydraulikkolbenspeichers im Lenksystem eine Vorspannung erzielt, d.h. die Hydraulikpumpe saugt bereits vorgespanntes, d.h. unter einem gewissen Vordruck stehendes, Hydraulikfluid an. Die Wechselventileinrichtung, die mit ihren beiden Eingängen mit beiden Leitungen verbunden ist, gibt trotz der Vorspannung in der Rückführleitung den geringeren Druck aus diesen beiden Leitungen an die Rückführleitung weiter. Folglich wird das Hydraulikfluid (z.B. für Lenkgetriebe adaptiertes Hydrauliköl) in der Rückführleitung mit dem geringeren Ausgangsdruck der ersten oder zweiten Leitung (je nach Verschiebungsrichtung des Kolbens in dem Lenkgetriebe) beaufschlagt und gelangt dadurch zwar vorgespannt, dennoch aber auf einen niedrigeren Druckniveau als in der bedruckten ersten oder zweiten Leitung, zurück in den Hydrauliktank. Die Vorspannung hat den Vorteil der Vermeidung bzw. Verringerung von Kavitation und Ausgasungen von im Hydrauliköl gelöster Luft. Dadurch verringert sich einerseits der Verschleiß in der Hydraulikpumpe (weniger bzw. keine Kavitation), wobei zusätzlich die Steifigkeit des Öls erhöht werden kann (weniger bzw. keine Ausgasungen), so dass sich daher die Steuerung und/oder Regelung des Lenksystems verbessert. Die Vorspannung hat den weiteren Vorteil, dass sich der Vordruck auf der Saugseite der Hydraulikpumpe steuern und/oder regeln lässt und somit die Hydraulikpumpe ausgehend von einem höheren Eingangsdruck betrieben werden kann, so dass sich deren Wirkungsgrad erhöht. Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass in der Rückführleitung wenigstens eine Filtereinrichtung angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Filter nicht hochdruckseitig angeordnet werden muss, sondern niederdruckseitig in der Rückführungsleitung zum Hydrauliktank. Demzufolge kann der Filter mechanisch weniger robust und strukturell einfacher ausgebildet werden, da er nicht so hohen Drücken ausgeliefert ist. Folglich können auch Kostenvorteile durch eine derartige Konstruktion des Filters realisiert werden. Im Übrigen wird dem Hydrauliktank bei jedem Betriebszyklus des Lenkgetriebekolbens gefiltertes Hydraulikfluid zugeführt, so dass das nach ISO4406 geforderte Reinheitsniveau des Hydraulikfluids in einfacher Weise gewährleistet ist.
Weiter ist vorstellbar, dass mittels der Wechselventileinrichtung die erste Leitung und/oder die zweite Leitung, in Abhängigkeit wenigstens eines geringeren oder gleichen Druckes in der ersten Leitung und/oder der zweiten Leitung, mit der Rückführleitung verbindbar ist. Wie bereits vorstehend erläutert, wird das Hydraulikfluid in der Rückführleitung mit dem geringeren Ausgangsdruck der ersten oder zweiten Leitung (je nach Verschiebungsrichtung des Kolbens in dem Lenkgetriebe) beaufschlagt und gelangt dadurch unter geringerem Druck in den Hydrauliktank, wodurch Bauteilbelastungen in Lenksystem verringert werden können. An dieser Stelle ist wichtig zu erläutern, dass je nach Verschiebungsrichtung des Lenkgetriebekolbens, die erste oder die zweite Leitung als Ausgangsleitung definiert werden kann und sich diese Bezeichnung Ausgangsleitung immer nur auf die Bedingung der Verschiebungsrichtung des Kolbens beziehen kann. Wie vorstehend erläutert, hat die Vorspannung hat den Vorteil der Verringerung des Verschleißes in der Hydraulikpumpe sowie die Verbesserung der Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des Lenksystems.
Zudem ist denkbar, dass zwischen der Wechselventileinrichtung und der Filtereinrichtung wenigstens ein erstes Rückschlagventil in der Rückführleitung angeordnet ist. Durch das erste Rückschlagventil wird eine weitere einfache und sichere Möglichkeit geschaffen, einen Mindestvorspanndruck in der Rückführleitung zu erzeugen und einzustellen. Außerdem ist es möglich, dass mittels des ersten Rückschlagventils wenigstens ein Mindestdruck in der Rückführleitung erzeugbar und/oder einstellbar ist, so dass der Hydrauliktank anhand dieses Mindestdruckes hydraulisch vorspannbar ist. Dieser Mindestvorspanndruck kann z.B. durch verschiedene Federkonstanten und/oder verschiedene Federarten der eingesetzten Feder (z.B. Schraubenfeder) des Rückschlagventils eingestellt werden. Auch kann es vorgesehen sein, dass die Federkonstanten bei einer vorgegebenen Feder durch einfaches Wechseln der Feder mit anderer Konstante veränderbar sind, so dass eine sehr einfache Möglichkeit der Mindestvordruckeinstellung möglich ist.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass parallel zu der Filtereinrichtung wenigstens ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist, welches mit der Rückführleitung stromaufwärts und stromabwärts der Filtereinrichtung verbunden ist. Diese Anordnung erhöht vor allem die Sicherheit des Lenksystems, weil bei einer verstopften oder verschlissenen Filtereinrichtung der Druck in der Rückführleitung Undefiniert ansteigen kann, was zu Schäden an den übrigen Leitungen und Ventilen des Lenksystems führen kann. Mittels des zweiten Rückschlagventils kann in so einem Fall die Filtereinrichtung überbrückt und nach wie vor die Systemsicherheit in vollem Umfang gewährleistet werden.
Ebenfalls ist vorstellbar, dass parallel zu der Filtereinrichtung wenigstens ein Drucksensor angeordnet ist, welcher mit der Rückführleitung stromaufwärts und stromabwärts der Filtereinrichtung verbunden ist. Dieser Sensor erhöht die Systemsicherheit nochmals, da durch das Erfassen des Drucks in der Rückführleitung der Grad des Verschleißes oder der Verstopfung der Filtereinrichtung bestimmt werden kann. Im Übrigen kann der Drucksensor als Wartungsindikator für die Filtereinrichtung verwendet werden, da beispielsweise eine Druckdifferenz vor und nach der Filtereinrichtung Rückschlüsse auf den Verschließ- und/oder Verstopfungszustand der Filtereinrichtung geben kann. Da zudem der Vorspanndruck in der Rückführleitung eine wichtige Steuerungs- bzw. Regelungsgröße ist (s.o.), ist deren genaue Erfassung für die Systemfunktionalität und die Systemsicherheit wichtig und vorteilhaft. Darüber hinaus ist denkbar, dass die Filtereinrichtung an und/oder in dem Hydrauliktank angeordnet ist und die Rückführleitung in die Filtereinrichtung und/oder in den Hydrauliktank mündet. Diese Ausgestaltung sorgt für eine besonders platzsparende Anordnung, so dass der Zielkonflikt aus immer knapper werdendem Bauraum und immer höher werdender Funktionsdichte wirksam adressiert werden kann.
Weiter ist möglich, dass die Wechselventileinrichtung wenigstens eine erste Ventileinheit aufweist, die in der ersten Leitung angeordnet ist und wenigstens eine zweite, insbesondere separate, Ventileinheit aufweist, die in der zweiten Leitung angeordnet ist. Durch die Trennung der beiden Ventileinheiten können diese separat angesteuert werden, so dass sich individuellere Ansteuermöglichkeiten verglichen zu einer gemeinsamen Ventileinrichtung ergeben.
Ferner ist vorstellbar, dass die erste Ventileinheit als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist und wobei die zweite Ventileinheit als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Die im vorstehenden Absatz beschriebene Steuerungslogik kann besonders einfach und effizient durch 3/2- Wegeventile implementiert werden, da ein zusätzlicher Anschluss in jedem Fall notwendig ist, um die Rückführleitung mit dem niedrigeren Druck entweder aus der ersten oder der zweiten Leitung speisen bzw. zu versorgen zu können.
Des Weiteren kann das 3/2-Wegeventil der ersten Ventileinheit als Sitzventil, insbesondere 3-Port Sitzventil, ausgebildet sein und das 3/2-Wegeventil der zweiten Ventileinheit als Sitzventil, insbesondere 3-Port Sitzventil, ausgebildet sein. Die jeweils als 3-Port-Sitzventil ausgebildete erste und zweite Ventileinheit kann entsprechend mit 3 Anschlüssen ausgebildet sein und zwei Schaltstellungen aufweisen. Da die erste und zweite Ventileinheit sicherheitsrelevant sind, müssen diese Ventileinheiten möglichst robust (z.B. gegenüber Verschmutzungen) ausgestaltet werden, wobei dieser Anforderung mittels der jeweiligen Ausgestaltung als Sitzventil vorteilhaft entsprochen werden kann. Im Übrigen sind derartige Ventile strukturell einfach aufgebaut, so dass weitere mögliche Fehlerquellen ausgeschlossen bzw. minimiert werden können.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die erste Ventileinheit wenigstens einen ersten hydraulischen Steuereingang aufweist, der mit der ersten Leitung verbunden ist und wobei die zweite Ventileinheit wenigstens einen zweiten hydraulischen Steuereingang aufweist, der mit der zweiten Leitung verbunden ist. Mit anderen Worten wird der jeweils eigene Ventilvordruck als Steuerdruck für die erste und zweite Ventileinheit verwendet. Da je nach Lenkrichtung, die Kolbenverschiebungsrichtung ebenfalls geändert wird, ändert sich dementsprechend auch die Ansteuerung/Bedruckung des Lenkgetriebes mal durch die erste Leitung und mal durch die zweite Leitung. Sobald die erste oder zweite Leitung bedruckt wird, wird dieser Druck abgegriffen (durch eine entsprechende Steuerleitung) und dem Steuereingang zugeführt. In Antwort darauf schaltet die erste Ventileinheit z.B. von einer Sperrstellung für die erste Leitung in eine Durchgangsstellung, so dass das Lenkgetriebe von der ersten Leitung bedruckt werden kann. Die zweite Ventileinheit verharrt nach wie vor in der Sperrstellung für die zweite Leitung, kann jedoch so ausgestaltet sein, dass die zweite Leitung mit der Rückführleitung verbunden ist. In diesem Fall wird das Lenkgetriebe von der ersten Leitung bedruckt und das Hydraulikfluid (z.B. für Lenkgetriebe geeignetes Hydrauliköl) strömt aus der zweiten Leitung heraus in die zweite Ventileinheit, wo es in die Rückführleitung strömt, weil die erste Ventileinheit in Durchlassstellung für die erste Leitung steht und so die Verbindung mit der Rückführleitung sperrt. Folglich lässt in diesem Fall die als Select-Low-Ventil ausgebildete Wechselventileinrichtung den geringeren Druck von der zweiten Ventileinheit hindurch, so dass dieser in der Rückführleitung anliegt. Die erste Ventileinheit und die zweite Ventileinheit sind in ihren Funktionen symmetrisch mit der ersten und zweiten Leitung verbindbar, so dass der zuvor beschriebene Zusammenhang von bedruckter erster Leitung (durch die Hydraulikpumpe) und nicht durch die Hydraulikpumpe bedruckter zweiter Leitung im umgekehrten Fall (also durch die Hydraulikpumpe bedruckte zweite Leitung und nicht durch die Hydraulikpumpe bedruckte erste Leitung) umgekehrt korrespondierend abläuft. Mit anderen Worten ergibt sich durch die vorstehend beschriebene Steuerungslogik eine sehr einfache Möglichkeit, einerseits das Lenkgetriebe wechselseitig (je nach Schaltstellung der ersten und zweiten Ventileinheiten) mittels der ersten oder zweiten Leitung anzusteuern und mit Hydraulikfluid zu versorgen und andererseits die Rückführleitung stets mit dem niedrigeren der beiden Drücke aus der ersten bzw. zweiten Leitung zu speisen. Die erste und zweite Ventileinheit können als funktional und baulich gleiche Ventileinheiten ausgebildet sein. Auch ist es denkbar, dass die erste Ventileinheit als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist und wobei die zweite Ventileinheit als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist. Magnetventileinheiten haben den Vorteil, dass diese unabhängig von dem hydraulischen Druck, der vor oder nach der ersten bzw. zweiten Ventileinheit anliegt, angesteuert werden können, was zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten ermöglicht.
Ebenso ist möglich, dass die Wechselventileinrichtung als 3/3-Wegeventil ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung hat auf funktionaler Ebene dieselben Steuerungsoptionen wie die vorstehend erläuterte Steuerungslogik anhand der Ventileinheiten, die im Rahmen der getrennten Ausgestaltung der Wechselventilanordnung erläutert wurde. Das 3/3- Wegeventil hat jedoch den Vorteil, dass es platzsparender ausgebildet ist und weniger komplex aufgebaut ist, als zwei entsprechende einzelne Ventileinheiten bei gleicher Funktionsdichte.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in der ersten Leitung wenigstens ein drittes Rückschlagventil angeordnet ist und wobei in der zweiten Leitung wenigstens ein viertes Rückschlagventil angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine zusätzliche Schutzfunktion für die erste und zweite Leitung bzw. für die Wechselventileinrichtung.
Zudem kann vorgesehen sein, dass das Lenksystem wenigstens eine Verbindungsleitung zur Verbindung der ersten und zweiten Leitung aufweist, wobei die Verbindungsleitung jeweils von der ersten und zweiten Leitung zwischen dem Lenkgetriebe und der Wechselventileinrichtung abgezweigt ist, wobei in der Verbindungsleitung wenigstens ein weiteres Wechselventil angeordnet ist. Das Zusammenwirken aus dem weiteren Wechselventil und der Verbindungsleitung ermöglicht in strukturell einfacher Art und Weise eine zusätzliche Funktionserweiterung des Lenksystems, ohne dass dabei der Schaltungsaufbau wesentlich geändert bzw. verkompliziert werden müsste.
Das weitere Wechselventil kann als Select-High-Ventil ausgebildet sein und wenigstens einen Ausgangsanschluss aufweisen, der mit wenigstens einem weiteren Drucksensor verbunden sein kann. Durch diese Verschaltung kann stets der höhere der beiden Drücke in der ersten oder zweiten Leitung (je nach Förderrichtung der Hydraulikpumpe) erfasst werden. Dies ermöglicht eine noch exaktere Druck-Überwachung im Lenksystem, da nun sowohl der Arbeitsdruck (zur hydraulischen Betätigung des Lenkgetriebe-Kolbens) in der bedruckten ersten oder zweiten Leitung gemessen werden kann als auch derjenige Rückführdruck innerhalb der Rückführleitung (der im Wesentlichen dem Vorspannungsdruck entspricht). Hieraus lässt sich der Systemdruck insgesamt und insbesondere der Beladungszustand des Hydraulikfilters in der Rückführleitung noch präziser bestimmen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems; und
Fig. 6 eine schematische Querschnitts-Darstellung einer Ausgestaltung einer ersten und zweiten Ventileinheit gemäß Fig. 1 und 5.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems 100.
Das elektrohydraulische Lenksystem 100 für ein Nutzfahrzeug weist ein Lenkgetriebe 102 in Form eines Spindellenkgetriebes 102 auf. Das Spindellenkgetriebe 102 kann als Kugelumlaufspindellenkgetriebe ausgestaltet sein, wobei auch andere Getriebearten denkbar sind.
Das elektrohydraulische Lenksystem 100 weist weiter eine erste Leitung 104 auf, durch die das Lenkgetriebe 102 mit Hydraulikfluid versorgbar und steuerbar ist.
Dementsprechend weist das elektrohydraulische Lenksystem 100 eine zweite Leitung 106 auf, durch die das Lenkgetriebe 102 ebenfalls mit Hydraulikfluid versorgbar und steuerbar ist.
Zudem ist eine Wechselventileinrichtung 108 in Form einer Select-Low-Ventileinrichtung 108 vorgesehen, die mit der ersten Leitung 104 und der zweiten Leitung 106 verbunden ist.
Das Lenksystem 100 weist weiter einen Hydrauliktank 110 und eine Rückführleitung 112 auf, die mit der Wechselventileinrichtung 108 und dem Hydrauliktank 110 verbunden ist.
Gemäß Fig. 1 ist in der Rückführleitung 112 eine Filtereinrichtung 114 angeordnet.
Zwischen der Wechselventileinrichtung 108 und der Filtereinrichtung 114 ist ein erstes Rückschlagventil 116 in der Rückführleitung 112 angeordnet.
Parallel zu der Filtereinrichtung 114 ist ein zweites Rückschlagventil 118 angeordnet, welches mit der Rückführleitung 112 stromaufwärts und stromabwärts der Filtereinrichtung 114 verbunden ist.
Parallel zu der Filtereinrichtung 114 ist gemäß Fig. 1 weiter ein Drucksensor 120 angeordnet, welcher mit der Rückführleitung 112 stromaufwärts und stromabwärts der Filtereinrichtung 114 verbunden ist.
Mit anderen Worten bilden das zweite Rückschlagventil 118 und der Drucksensor 120 jeweils eine hydraulische Parallelschaltung zu der Filtereinrichtung 114 aus. Die Filtereinrichtung 114 ist anhand von Fig. 1 extern zum Hydrauliktank 110 dargestellt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Filtereinrichtung 114 auch an oder in dem Hydrauliktank 110 angeordnet sein, so dass die Rückführleitung 112 entsprechend in die Filtereinrichtung 114 oder in den Hydrauliktank 110 mündet.
Anhand von Fig. 1 ist zu erkennen, dass die Wechselventileinrichtung 108 eine erste Ventileinheit 122 aufweist, die in der ersten Leitung 104 angeordnet ist und eine zweite, separate Ventileinheit 124 aufweist, die in der zweiten Leitung 106 angeordnet ist.
Die Rückführleitung 112 ist ferner über eine Ausgangleitung mit der ersten Ventileinheit 122 und der zweiten Ventileinheit 124 verbunden, bzw. mündet in diese
Ausgangsleitung, die jeweils mit einem Ausgangsanschluss der ersten Ventileinheit 122 und der zweiten Ventileinheit 124 verbunden ist.
Die erste und zweite Ventileinheit 122, 124 sind baulich und funktional gleich ausgebildete Ventileinheiten.
Demzufolge ist die erste Ventileinheit 122 als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist und die zweite Ventileinheit 124 ist auch als 3/2-Wegeventil ausgebildet.
Die erste Ventileinheit 122 weist ersten hydraulischen Steuereingang 126 auf, der mit der ersten Leitung 104 verbunden ist.
Folglich weist die zweite Ventileinheit 124 einen zweiten hydraulischen Steuereingang 128 auf, der mit der zweiten Leitung 106 verbunden ist.
Zudem weist das Lenksystem 100 eine Hydraulikpumpe 130 auf, die einerseits saugseitig mit dem Hydrauliktank 110 verbunden ist. Andererseits ist die Hydraulikpumpe 130 mit der ersten und zweiten Leitung 104, 106 verbunden.
Die Hydraulikpumpe 130 ist als doppelwirkende Hydraulikpumpe ausgebildet, so dass je nach Drehrichtung entweder die erste Leitung 104 bedruckt wird oder die zweite Leitung 106, aber nie beide Leitungen 104, 106 gleichzeitig.
Alternativ kann es auch denkbar sein, dass nur eine einfach wirkende Hydraulikpumpe vorgesehen ist und über ein entsprechendes Schaltventil (nicht in Fig. 1 gezeigt) mit der ersten und zweiten Leitung 104, 106 verbunden ist, das je nach Schaltlogik die Hydraulikpumpe mit der ersten oder der zweiten Leitung 104, 106 verbindet.
Alternativ kann es auch denkbar sein, dass zwei Hydraulikpumpen vorgesehen sein können, wobei je eine Pumpe der ersten bzw. der zweiten Leitung 104, 106 zugeordnet bzw. mit ihr verbunden ist.
Die Hydraulikpumpe 130 in Fig. 1 ist über die erste Leitung 104 mit dem Lenkgetriebe 102 verbindbar, so dass die tatsächliche Verbindung von der Schaltstellung der ersten Ventileinheit 122 abhängt.
In der in Fig. 1 dargestellten Sperrstellung ist der Abschnitt der ersten Leitung 104 zwischen der Hydraulikpumpe 130 und der ersten Ventileinheit 122 abgesperrt, so dass keine Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe 130 und dem Lenkgetriebe 102 über die erste Leitung 104 komplett hergestellt ist.
Vielmehr ist der Abschnitt der ersten Leitung 104 zwischen dem Lenkgetriebe 102 und der ersten Ventileinheit 122 mit der Rückführleitung 112 verbunden.
Befindet sich die erste Ventileinheit 122 jedoch in der in Fig. 1 nicht gezeigten Durchlassstellung für den Abschnitt der ersten Leitung 104 zwischen der Hydraulikpumpe 130 und der ersten Ventileinheit 122, ist der druckseitige Ausgang der Hydraulikpumpe 130 mit dem Lenkgetriebe 102 über die erste Ventileinheit 122 und die komplette erste Leitung 104 verbunden. Dementsprechend verhält es sich auch mit einer Verbindung der Hydraulikpumpe 130 mit dem Lenkgetriebe 102 über die zweite Leitung 106 bzw. die zweite Ventileinheit 124.
In der in Fig. 1 dargestellten Sperrstellung der zweiten Ventileinheit 124 ist folglich der Abschnitt der zweiten Leitung 106 zwischen der Hydraulikpumpe 130 und der zweiten Ventileinheit 124 abgesperrt, so dass keine Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe 130 und dem Lenkgetriebe 102 über die zweite Leitung 106 komplett hergestellt ist.
Vielmehr ist der Abschnitt der zweiten Leitung 106 zwischen dem Lenkgetriebe 102 und der zweiten Ventileinheit 124 mit der Rückführleitung 112 verbunden.
Befindet sich die zweite Ventileinheit 124 in der in Fig. 1 nicht gezeigten Durchlassstellung für den Abschnitt der zweiten Leitung 104 zwischen der Hydraulikpumpe 130 und der zweiten Ventileinheit 124, ist der Ausgang der Hydraulikpumpe 130 mit dem Lenkgetriebe 102 über die zweite Ventileinheit 124 und die komplette zweite Leitung 106 verbunden.
Der erste hydraulische Steuereingang 126 der ersten Ventileinheit 122 ist über eine Steuerleitung (gestrichelte Darstellung in Fig. 1 ) mit dem Abschnitt der ersten Leitung 104 verbunden, der sich zwischen Hydraulikpumpe 130 und erster Ventileinheit 122 erstreckt.
Dementsprechend ist der zweite hydraulische Steuereingang 128 der zweiten Ventileinheit 124 über eine Steuerleitung (gestrichelte Darstellung in Fig. 1 ) mit dem Abschnitt der zweiten Leitung 106 verbunden, der sich zwischen Hydraulikpumpe 130 und zweiter Ventileinheit 124 erstreckt.
Der Hydrauliktank 110 ist anhand von Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt, so dass es denkbar ist, dass die Hydraulikpumpe 130 auch in dem Tank integriert ist. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass Hydrauliktank 110 und Hydraulikpumpe 130 separate Baueinheiten ausbilden und aneinander angeflanscht und über entsprechende Leitungen (nicht in Fig. 1 gezeigt) verbunden sind.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Lenksystems 100 lässt sich nun wie folgt beschreiben:
Sobald die Hydraulikpumpe 130 von dem Motor M, der ein Elektromotor sein kann (z.B. entgegen des Uhrzeigersinns), angetrieben wird bedruckt sie den Abschnitt der ersten Leitung 104, der sich bis zur ersten Ventileinheit 122 (das sich noch in Sperrstellung für diesen Abschnitt befindet) erstreckt.
Sobald der Druck in diesem Abschnitt der ersten Leitung 104 einen gewissen Schwellwert übersteigt, wird die erste Ventileinheit 122 automatisch über den ersten Steuereingang 126 angesteuert und in die nicht in Fig. 1 gezeigte Schaltstellung geschaltet.
Folglich sind die Hydraulikpumpe 130 und das Lenkgetriebe 102 über die erste Leitung 104 miteinander verbunden und der mit der ersten Leitung 104 verbundene Anschluss des Lenkgetriebes 102 wird bedruckt.
Daraufhin erhöht sich in der zugeordneten ersten Druckkammer des Lenkgetriebes 102 der Druck und der Kolben wird zu einer Verschiebebewegung gezwungen, da in der gegenüberliegenden, zweiten Druckkammer ein geringerer Druck herrscht, so dass die Lenkunterstützung erzielt wird.
Der Druck in der gegenüberliegenden zweiten Druckkammer ist deshalb geringer, weil der Anschluss des Lenkgetriebes 102 über den Abschnitt der zweiten Leitung 106 (der sich zwischen zweiter Ventileinheit 124 und Lenkgetriebe 102 erstreckt) und über die zweite Ventileinheit 124 mit der Rückführleitung 112 verbunden ist.
In diesem Fall wird das Hydraulikfluid aus der gegenüberliegenden, zweiten Kammer verdrängt und über die zweite Ventileinheit 124 in die Rückführleitung 112 verdrängt und über die Filtereinrichtung 114 gefiltert und sodann weiter über die Rückführleitung 112 dem Hydrauliktank 110 wieder zugeführt.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist zu verstehen, dass die Hydraulikpumpe 130 immer nur in eine Drehrichtung angetrieben wird und somit auch immer nur die erste oder die zweite Leitung 102, 1104 bedruckt werden kann.
Im vorstehend beschriebenen Fall wird folglich die erste Leitung 104 von der Hydraulikpumpe 130 bedruckt, wohingegen die zweite Leitung 106 zumindest im Abschnitt zwischen Hydraulikpumpe 130 und zweiter Ventileinheit 124 nicht bedruckt wird.
Wird die Drehrichtung der Hydraulikpumpe 130 umgedreht, erfolgt der zuvor beschriebene Zusammenhang bzw. Fall genau in umgekehrter Reihenfolge, wie nachstehend beschrieben:
Sobald die Hydraulikpumpe 130 von dem Motor M (nun im Uhrzeigersinn) angetrieben wird bedruckt sie den Abschnitt der zweiten Leitung 106, der sich bis zur zweiten Ventileinheit 124 (das sich noch in Sperrstellung für diesen Abschnitt befindet) erstreckt.
Sobald der Druck in diesem Abschnitt der zweiten Leitung 106 einen gewissen Schwellwert übersteigt, wird die zweite Ventileinheit 124 automatisch über den zweiten Steuereingang 128 angesteuert und in die nicht in Fig. 1 gezeigte Schaltstellung geschoben.
Folglich sind die Hydraulikpumpe 130 und das Lenkgetriebe 102 nun über die zweite Leitung 106 miteinander verbunden und der mit der zweiten Leitung 106 verbundene Anschluss des Lenkgetriebes 102 wird bedruckt.
Daraufhin erhöht sich in der zugeordneten zweiten Druckkammer der Druck und der Kolben wird zu einer Verschiebebewegung gezwungen, da in der gegenüberliegenden ersten Druckkammer nun ein geringerer Druck herrscht, so dass die Lenkunterstützung erzielt wird. Der Druck in der gegenüberliegenden ersten Druckkammer ist deshalb geringer, weil der Anschluss des Lenkgetriebes 102 über den Abschnitt der ersten Leitung 104 (der sich zwischen erster Ventileinheit 122 und Lenkgetriebe 102 erstreckt) und über die erste Ventileinheit 122 mit der Rückführleitung 112 verbunden ist.
In diesem Fall wird das Hydraulikfluid aus der gegenüberliegenden ersten Kammer verdrängt und über die erste Ventileinheit 122 in die Rückführleitung 112 verdrängt bzw. gespeist und über die Filtereinrichtung 114 gefiltert und sodann weiter über die Rückführleitung 112 dem Hydrauliktank 110 wieder zugeführt.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist zu verstehen, dass die Hydraulikpumpe 130 immer nur in eine Drehrichtung angetrieben wird und somit auch immer nur die erste oder die zweite Leitung 102, 104 bedruckt werden kann.
Im zweiten vorstehend beschriebenen Fall wird folglich die zweite Leitung 106 von der Hydraulikpumpe 130 bedruckt, wohingegen die erste Leitung 104 zumindest im Abschnitt zwischen Hydraulikpumpe 130 und erster Ventileinheit 122 nicht bedruckt wird.
Mit anderen Worten wird der jeweils eigene Ventilvordruck als Steuerdruck für die erste und zweite Ventileinheit 122, 124 verwendet.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass je nach Drehrichtung der Pumpe, entweder die erste oder die zweite Leitung 104, 106 bedruckt wird, so dass das Lenkgetriebe 102 stets nur von einer der Leitungen 104, 106 bedruckt wird und die jeweils andere Leitung 104, 106 (die nicht bedruckt wird) zumindest abschnittsweise (s.o.) als Rückströmleitung aus dem Lenkgetriebe dient und die Rückführleitung 112 speist.
Da je nach Lenkrichtung, die Kolbenverschiebungsrichtung des Kolbens im Lenkgetriebe 102 ebenfalls geändert wird, ändert sich dementsprechend auch die Ansteuerung/Bedruckung des Lenkgetriebes 102 mal durch die erste Leitung 104 und mal durch die zweite Leitung 106. Somit ist mittels der als Select-Low-Ventileinrichtung ausgebildeten Wechselventileinrichtung 108 die erste Leitung 104 oder die zweite Leitung 106, in Abhängigkeit eines geringeren oder gleichen Druckes in der ersten Leitung 104 oder der zweiten Leitung 106, mit der Rückführleitung 112 verbindbar.
Mit anderen Worten lässt die Select-Low-Ventileinheit 108 immer den geringeren Druck von der Leitung 104, 106 bzw. der Ventileinheit 122, 124 hindurch, die gerade nicht durch die Hydraulikpumpe 130 bedruckt wird.
Wie in Fig. 1 noch zu sehen ist, ist das erste Rückschlagventil 116 in der Rückführleitung angeordnet (wie bereits vorstehend strukturell beschrieben).
Mittels des ersten Rückschlagventils 116 ist ein Mindestdruck in der Rückführleitung 112 einstellbar, so dass der Hydrauliktank 110 anhand dieses Mindestdruckes hydraulisch vorspannbar (über einen Hydraulikspeicher 132) ist.
Demzufolge ergibt sich durch die vorstehend beschriebene Steuerungslogik eine sehr einfache Möglichkeit, einerseits das Lenkgetriebe 102 wechselseitig (je nach Schaltstellung der ersten und zweiten Ventileinheiten 122, 124) anzusteuern und andererseits die Rückführleitung 112 stets mit dem niedrigeren der beiden Drücke aus der ersten bzw. zweiten Leitung 104, 106 zu speisen.
Somit wird das Hydraulikfluid bzw. das Hydrauliköl an dem Ausgang des Wechselventils 108 mit dem Ausgangsdruck der ersten oder zweiten Leitung 104, 106 (je nach Verschiebungsrichtung des Kolbens in dem Lenkgetriebe) beaufschlagt und wird über die Rückführleitung 112 dem Hydrauliktank 110 rückgeführt.
Die Rückführleitung 112 ist weiter mit einem Hydraulikspeicher 132 verbunden (nicht detailliert in Fig. 1 dargestellt, siehe hierzu Fig. 5), in dem zumindest ein Teil des Hyraul ikf luids gespeichert wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Hydraulikkolbenspeicher 132 auch mit dem Hydrauliktank 110 (nicht detailliert dargestellt in Fig. 5) verbunden sein oder in diesen integriert sein.
Der Hydraulikspeicher 132 ist Hydraulikfederkolbenspeicher ausgebildet, der eine Vorspannung des Hydraulikfluids zumindest in der Rückführleitung 112 und im Hydrauliktank 110 erzeugt und so den Systemvordruck bereitstellt.
Die Filtereinrichtung 114, das zweite Rückschlagventil 118 und/oder der Drucksensor 120 können in dem Hydraulikspeicher 132 integriert sein.
Funktionsbedingt ist die Position des Speicherkolbens innerhalb des Hydraulikkolbenspeichers 132 dabei proportional zum System-Vordruck.
Der Hydraulikkolbenspeicher 132 wird somit zusätzlich zu seiner Hauptfunktion der Vorspannung des Hydraulikfluids noch als zusätzliche Einrichtung derart nutzbar, um den Systemvordruck in einfacher Weise einzustellen und anhand seiner Kolben- Position erfassen zu können.
Durch die Vorspannung saugt die Hydraulikpumpe 130 bereits vorgespanntes, d.h. unter einem gewissen Vordruck stehendes, Hydraulikfluid an.
Die Wechselventileinrichtung 108 gibt trotz dieser Vorspannung den geringeren Druck aus der ersten oder zweiten Leitung 104, 106 aus und an die Rückführleitung 112 weiter.
Somit wird das Hydraulikfluid in der Rückführleitung 112 mit dem geringeren Ausgangsdruck (bezogen auf die Wechselventileinrichtung 108) der ersten oder zweiten Leitung 104, 106 (je nach Verschiebungsrichtung des Kolbens in dem Lenkgetriebe 102) beaufschlagt.
Folglich gelangt das Hydraulikfluid auf einem niedrigeren Druckniveau (bezogen auf die andere bedruckte Leitung 104, 106) in den Hydrauliktank 110. Mit anderen Worten ist dieser geringere Druck immer noch größer als der Vordruck. Der Systemvordruck ist eine wichtige Regel- bzw. Steuerungsgröße, so dass dieser kontinuierlich überwacht bzw. erfasst werden sollte (wie vorstehend erläutert ist die Kolbenposition innerhalb des Hydraulikkolbenspeichers 132 dabei proportional zum Systemvordruck).
Diese Vordruckerkennung bzw. Vordruckerfassung kann folglich sehr einfach über die Speicher-Kolbenposition realisiert werden, so dass der Hydraulikkolbenspeicher 132 zusätzlich zu seiner Hauptfunktion der Vordruckerzeugung noch als Erfassungseinheit nutzbar wird, um den Systemvordruck in einfacher Weise erstens einzustellen und zweitens anhand seiner Kolben-Position erfassen zu können.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems 200.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems 200 weist im Wesentlichen dieselben strukturellen und funktionalen Merkmale wie das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Lenksystems 100 auf.
Lediglich die folgenden strukturellen und funktionalen Unterschiede sollen aufgezeigt werden:
Anstatt über den ersten und zweiten hydraulischen Steuereingang 126, 128 angesteuert zu werden, ist die erste Ventileinheit 222 als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist und die zweite Ventileinheit 224 entsprechend als 3/2-Wege-Magnetventil.
Anstatt also über den ersten und zweiten hydraulischen Steuereingang 126, 128 wie in Fig. 1 angesteuert zu werden, werden die erste Ventileinheit 222 und die zweite Ventileinheit 224 über entsprechende Elektromagnete 226, 228 angesteuert, wobei sich an der im Zusammenhang mit der in Fig. 1 beschriebenen Steuerungsfunktion nichts ändert. Die Ansteuerung der beiden 3/2-Wege-Magnetventile muss jedoch strikt entsprechend der jeweiligen Bedruckung der ersten oder zweiten Leitung 104, 106 erfolgen, wobei als Steuerungsgröße z.B. die Drehrichtung der Hydraulikpumpe 130 oder ein erfasster Druck in der ersten bzw. zweiten Leitung 104, 106 dienen kann (entsprechende Drucksensoren nicht in Fig. 2 dargestellt).
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems 300.
Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems 300 weist im Wesentlichen dieselben strukturellen und funktionalen Merkmale wie das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Lenksystems 100 auf.
Lediglich die folgenden strukturellen und funktionalen Unterschiede sollen aufgezeigt werden:
Die Wechselventileinrichtung 308 ist als 3/3-Wegeventil ausgebildet.
Mit anderen Worten sind die erste und zweite Ventileinheit 122, 124 aus Fig. 1 zu einer gemeinsamen baulichen 3/3-Wege-Ventileinheit zusammengefasst.
Funktional entspricht jedoch das 3/3-Wegeventil im Wesentlichen der Funktion der beiden Ventileinheiten 122, 124 gemäß erstem Ausführungsbeispiel in Fig 1 , denn das 3/3-Wegeventil 308 wird durch die beiden Steuereingänge 326, 328 geschaltet.
Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass in der ersten Leitung 104 ein drittes Rückschlagventil 330 angeordnet ist und dass in der zweiten Leitung 106 ein viertes Rückschlagventil 340 angeordnet ist. Das dritte bzw. vierte Rückschlagventil 330, 430 befindet sich jeweils in dem Abschnitt der ersten bzw. zweiten Leitung 104, 106, der sich zwischen Hydraulikpumpe 130 und dem 3/3- Wegeventil 308 erstreckt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems 400.
Das in Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems 400 weist im Wesentlichen dieselben strukturellen und funktionalen Merkmale wie das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des Lenksystems 300 auf.
Lediglich die folgenden strukturellen und funktionalen Unterschiede sollen aufgezeigt werden:
Ein struktureller Unterschied zwischen dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel besteht in der Verschaltung des 3/3-Wegeventils 308 bzw. 408 in der Schaltstellung (auch als Ruhestellung bzw. Ausgangsstellung bezeichnet), wenn weder der erste Steuereingang 126 noch der zweite Steuereingang 128 bedruckt sind, d.h. die Hydraulikpumpe 130 nicht fördert.
In dieser Ausgangsstellung sind beide Abschnitte der ersten und zweiten Leitung 104, 106, die sich zwischen Hydraulikpumpe 130 und dem 3/3-Wegeventils 408 erstrecken, mit der Rückführleitung 112 verbunden.
Wird nun entweder die erste oder die zweite Leitung 104, 106 bedruckt (je nach Drehrichtung der Pumpe 130), erfolgt eine Bedruckung der Rückführleitung 112 über eine dieser beiden Leitungen 104, 106, bis das 3/3-Wegeventils 308 durch einen der beiden Steuereingänge 426, 428 geschaltet wird.
In Antwort darauf wird sodann die Rückführleitung 112 wieder mit der Niederdruckseite der nicht bedruckten Leitung 104, 106 (vgl. Erläuterung zu Fig. 1 ) verbunden. Diese kurze Bedruckung der Rückführleitung 112 über eine dieser beiden Leitungen 104, 106 hat den Vorteil, dass der Systemvordruck schneller aufgebaut werden kann, so dass während der Einschaltphase der Hydraulikpumpe 130 der bereits entstehende Druck zur Bereitstellung des Systemvordrucks genutzt werden kann.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer hydraulischen Schaltungsanordnung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems 500.
Das in Fig. 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems 500 weist im Wesentlichen die gleichen strukturellen und funktionalen Merkmale wie das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Lenksystems 100 auf.
Lediglich die folgenden strukturellen und funktionalen Unterschiede bzw. Ergänzungen sollen aufgezeigt werden:
Das Lenksystem 500 weist zusätzlich eine Verbindungsleitung 542 zur Verbindung der ersten und zweiten Leitung 104, 106 auf.
Die Verbindungsleitung 542 ist jeweils von der ersten und zweiten Leitung 104, 106 zwischen dem Lenkgetriebe 102 und der Wechselventileinrichtung 508 abgezweigt.
Weiter ist in Fig. 5 zu erkennen, dass in der Verbindungsleitung 542 ein weiteres Wechselventil 544 (zusätzlich zu der Wechselventileinrichtung 508) angeordnet ist.
Das weitere Wechselventil 544 ist als Select-High-Ventil ausgebildet ist und weist einen Ausgangsanschluss auf, der mit einem weiteren Drucksensor 546 (zusätzlich zu dem Drucksensor 120) verbunden ist.
Mittels des weiteren Wechselventils 544 wird stets der höhere der beiden Drücke in der ersten oder zweiten Leitung 104, 106 (je nach Förderrichtung der Hydraulikpumpe) an dessen ausgegeben und kann dort von dem weiteren Drucksensor 546 erfasst werden. Dies ermöglicht eine noch exaktere Druck-Überwachung im Lenksystem 500, da nun sowohl der Arbeitsdruck (zur hydraulischen Betätigung des Lenkgetriebe-Kolbens) in der ersten bzw. zweiten Leitung 104, 106 überwacht werden kann als auch derjenige Rückführdruck innerhalb der Rückführleitung 112 (der im Wesentlichen dem Vorspannungsdruck entspricht).
Hieraus lässt sich der Systemdruck insgesamt und insbesondere der Beladungszustand des Hydraulikfilters 114 in der Rückführleitung 112 noch präziser bestimmen.
Der Tank 110, das erste Rückschlagventil 116 und das Filter-Rückschlagventil bzw. zweite Rückschlagventil 118 aus Fig. 1sind nicht in Fig. 5 dargestellt, wobei der Tank 110, das erste Rückschlagventil 116 und/oder das zweite Rückschlagventil 118 ebenfalls im fünften Ausführungsbeispiel des Lenksystems 500 vorgesehen sein können.
Zwar ist die vorstehende Schaltungs-Struktur der Verbindungsleitung 542 und darin angeordnetem Wechselventil 544 bzw. Select-High-Ventil lediglich in Fig. 5 dargestellt, jedoch ist es auch denkbar, dass diese Struktur zusättzlich auch in einem der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 bis 4 vorgesehen werden kann.
Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnitts-Darstellung einer Ausgestaltung einer ersten und zweiten Ventileinheit 122, 124 gemäß Fig. 1 und 5, die jeweils hydraulisch angesteuert werden.
Die erste und zweite Ventileinheit 122, 123 sind jeweils als 3/2-Wegeventile ausgebildet, wobei der Einfachheit halber nur eines dieser Ventile schematisch dargestellt ist.
Gemäß Fig. 6 ist die erste und zweite Ventileinheit 122, 124 jeweils als Sitzventil in Form eines 3-Port Sitzventils ausgebildet.
Das 3-Port Sitzventil weist ein Ventilgehäuse 134 auf, in das ein pumpenseitiger
Anschluss der ersten Leitung 104 (gemäß erster Ventileinheit 122) oder der zweiten Leitung 106 (gemäß zweiter Ventileinheit 124) und entsprechend ein lenkgetriebeseitiger Anschluss der ersten Leitung 104 oder der zweiten Leitung 106 mündet.
Ferner weist das Ventilgehäuse 134 einen tankseitigen Anschluss auf, in den die Rückführleitung 112 mündet, so dass das Sitzventil 122, 124 insgesamt drei Anschlüsse aufweist.
Innerhalb des Ventilgehäuses 134 ist ein Ventilkörper 136 axial verschiebbar geführt, der zwei gegenüberliegende Ventilsitzflächen aufweist, mittels deren er mit zwei Ventilsitzen des Ventilgehäuses 134 zusammenwirkt.
Die Ventilsitze sind gegenüberliegend an dem pumpenseitigen Anschluss der ersten bzw. zweiten Leitung 104, 106 und dem tankseitigen Anschluss ausgebildet, der mit der Rückführleitung 112 verbunden ist.
Ferner ist der Ventilkörper 136 (bei nicht bedruckter erster oder zweiter Leitung 104, 106) mit einer Schraubendruckfeder 138 axial gegen den Ventilsitz des pumpenseitigen Anschlusses der ersten bzw. zweiten Leitung 104, 106 gedrückt.
Die in Fig. 6 gezeigte Schaltstellung des Ventilkörpers 136 entspricht also einer Rückströmung des Hydrauliköls von der unbedruckten Kammer des Lenkgetriebes 102 über die gerade nicht bedruckte erste oder zweite Leitung 104, 106 sowie über das Sitzventil 122, 124 zurück in die Rückführleitung 112.
Im Falle einer bedruckten ersten oder zweiten Leitung 104, 106 erhebt sich der Ventilkörper 136 aus der in Fig. 6 gezeigten Schaltstellung und wird durch den erhöhten Hydraulikdruck am pumpenseitigen Anschluss entgegen der Federkraft gegen den tankseitigen Anschluss gedrückt und verschließt diesen.
Infolgedessen kann der entsprechende Arbeitsraum des Lenkgetriebes 102, über die erste oder die zweite Leitung 104, 106 bedruckt werden, so dass es zu einer entsprechenden Lenkunterstützung kommt. BEZUGSZEICHENLISTE
100 elektrohydraulisches Lenksystem
102 Lenkgetriebe, insbesondere Spindellenkgetriebe
104 erste Leitung
106 zweite Leitung
108 Wechselventileinrichtung
110 Hydrauliktank
112 Rückführleitung
114 Filtereinrichtung
116 erstes Rückschlagventil
118 zweites Rückschlagventil
120 Drucksensor
122 erste Ventileinheit
124 zweite Ventileinheit
126 erster hydraulischer Steuereingang
128 zweiter hydraulischer Steuereingang
130 Hydraulikpumpe
132 Hydraulikfederkolbenspeicher
134 Ventilgehäuse
136 Ventilkörper
138 Schraubendruckfeder
200 elektrohydraulisches Lenksystem
208 Wechselventileinrichtung
222 erste Ventileinheit
224 zweite Ventileinheit
226 Elektromagnet
228 Elektromagnet
300 elektrohydraulisches Lenksystem
308 Wechselventileinrichtung in Form eines 3/3-Wegeventils
326 erster hydraulischer Steuereingang 328 zweiter hydraulischer Steuereingang
330 drittes Rückschlagventil
340 viertes Rückschlagventil 400 elektrohydraulisches Lenksystem
408 Wechselventileinrichtung in Form eines 3/3-Wegeventils
426 erster hydraulischer Steuereingang
428 zweiter hydraulischer Steuereingang
430 drittes Rückschlagventil 440 viertes Rückschlagventil
500 elektrohydraulisches Lenksystem
508 Wechselventileinrichtung
542 Verbindungsleitung 544 weiteres Wechselventil
546 weiterer Drucksensor
M Motor

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, aufweisend:
- wenigstens ein Lenkgetriebe (102), insbesondere Spindellenkgetriebe (102);
- wenigstens eine erste Leitung (104), durch die das Lenkgetriebe (102) mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist;
- wenigstens eine zweite Leitung (106), durch die das Lenkgetriebe (102) mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist; und
- wenigstens eine Wechselventileinrichtung (108, 208, 308, 408, 508), insbesondere Select-Low-Ventileinrichtung (108, 208, 308, 408, 508), die mit der ersten Leitung (104) und/oder der zweiten Leitung (106) verbunden oder verbindbar ist.
2. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (100) wenigstens einen Hydrauliktank (110) und wenigstens eine Rückführleitung (112) aufweist, die mit der Wechselventileinrichtung (108) und dem Hydrauliktank (110) verbunden oder verbindbar ist.
3. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (112) wenigstens eine Filtereinrichtung (114) angeordnet ist.
4. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Wechselventileinrichtung (108, 208, 308, 408, 508) die erste Leitung (104) und/oder die zweite Leitung (106), in Abhängigkeit wenigstens eines geringeren oder gleichen Druckes in der ersten Leitung (104) und/oder der zweiten Leitung (106), mit der Rückführleitung (112) verbindbar ist.
5. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 3 oder
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wechselventileinrichtung (108, 208, 308, 408, 508) und der Filtereinrichtung (114) wenigstens ein erstes Rückschlagventil (116) in der Rückführleitung (112) angeordnet ist.
6. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Rückschlagventils (116) wenigstens ein Mindestdruck in der Rückführleitung (112) erzeugbar und/oder einstellbar ist, so dass der Hydrauliktank (110) anhand dieses Mindestdruckes hydraulisch vorspannbar ist.
7. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Filtereinrichtung (114) wenigstens ein zweites Rückschlagventil (118) angeordnet ist, welches mit der Rückführleitung (112) stromaufwärts und stromabwärts der Filtereinrichtung (114) verbunden ist.
8. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Filtereinrichtung (114) wenigstens ein Drucksensor (120) angeordnet ist, welcher mit der Rückführleitung (112) stromaufwärts und stromabwärts der Filtereinrichtung (114) verbunden ist.
9. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (114) an und/oder in dem Hydrauliktank (110) angeordnet ist und die Rückführleitung (112) in die Filtereinrichtung (114) und/oder in den Hydrauliktank (110) mündet.
10. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselventileinrichtung (108, 208, 508) wenigstens eine erste Ventileinheit (122, 222) aufweist, die in der ersten Leitung (104) angeordnet ist und wenigstens eine zweite, insbesondere separate, Ventileinheit (124, 224) aufweist, die in der zweiten Leitung (106) angeordnet ist.
11. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 500) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinheit (122, 222) als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist und wobei die zweite Ventileinheit (124, 224) als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist.
12. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 500) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil der ersten Ventileinheit (122) als Sitzventil, insbesondere 3-Port Sitzventil, ausgebildet ist, und wobei das 3/2-Wegeventil der zweiten Ventileinheit (124) als Sitzventil, insbesondere 3-Port Sitzventil, ausgebildet ist.
13. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 500) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinheit (122) wenigstens einen ersten hydraulischen Steuereingang (126) aufweist, der mit der ersten Leitung (104) verbunden ist und wobei die zweite Ventileinheit (124) wenigstens einen zweiten hydraulischen Steuereingang (128) aufweist, der mit der zweiten Leitung (106) verbunden ist.
14. Elektrohydraulisches Lenksystem (200) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinheit (222) als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist und wobei die zweite Ventileinheit (224) als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist.
15. Elektrohydraulisches Lenksystem (300, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselventileinrichtung (308, 408) als 3/3-Wegeventil ausgebildet ist.
16. Elektrohydraulisches Lenksystem (300, 400) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (104) wenigstens ein drittes Rückschlagventil (330, 430) angeordnet ist und wobei in der zweiten Leitung (106) wenigstens ein viertes Rückschlagventil (340, 440) angeordnet ist.
17. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (500) wenigstens eine Verbindungsleitung (542) zur Verbindung der ersten und zweiten Leitung (104, 106) aufweist, wobei die Verbindungsleitung (542) jeweils von der ersten und zweiten Leitung (104, 106) zwischen dem Lenkgetriebe (102) und der Wechselventileinrichtung (508) abgezweigt ist, wobei in der Verbindungsleitung (542) wenigstens ein weiteres Wechselventil (544) angeordnet ist.
18. Elektrohydraulisches Lenksystem (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Wechselventil (544) als Select-High-Ventil ausgebildet ist und wenigstens einen Ausgangsanschluss aufweist, der mit wenigstens einem weiteren Drucksensor (546) verbunden ist.
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