EP4695134A1 - Lenksystem für ein fahrzeug, insbesondere nutzfahrzeug - Google Patents

Lenksystem für ein fahrzeug, insbesondere nutzfahrzeug

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Publication number
EP4695134A1
EP4695134A1 EP24717116.8A EP24717116A EP4695134A1 EP 4695134 A1 EP4695134 A1 EP 4695134A1 EP 24717116 A EP24717116 A EP 24717116A EP 4695134 A1 EP4695134 A1 EP 4695134A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
line
assembly
steering system
steering gear
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
EP24717116.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Lichtenstein
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 EP4695134A1 publication Critical patent/EP4695134A1/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
    • B62D5/065—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
    • 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
    • B62D5/20—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application
    • B62D5/24—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application for worm type

Definitions

  • the present invention relates to an electrohydraulic steering system for a vehicle, in particular a commercial vehicle. Furthermore, the present invention relates to a vehicle, in particular a commercial vehicle, with this electrohydraulic steering system.
  • hydraulic elements such as filters, valves and/or control elements such as actuators create large installation space requirements, which have a negative impact on the power density and the performance and functional density of these steering systems.
  • DE 102016112332 A1 shows a method for monitoring a controller block for controlling an actuator, in particular an actuator of a steering system.
  • 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 steering gear in particular spindle steering gear, with at least one steering gear housing
  • - at least one first hydraulic, in particular electro-hydraulic, assembly which can be attached to the steering gear housing
  • At least one second hydraulic, in particular electro-hydraulic, assembly which can be fastened to the steering gear housing; wherein one or more components of the first hydraulic assembly is or are at least partially integrated into a first housing block and wherein one or more components of the second hydraulic assembly is or are at least partially integrated into a second housing block or wherein one or more components of the first hydraulic assembly and the second hydraulic assembly are at least partially integrated into a common housing block.
  • the invention is based on the basic idea that one or more components of the first or second hydraulic assembly can be at least partially integrated into a first and second or common housing block. This allows a very high power density with internal line routing within the housing block, which can eliminate elasticities (and thus inertia) and additional sources of error in the steering system. It is also possible for all components of the first and second hydraulic assembly to be integrated in the first and second or common housing block. Such integration can be understood to mean that the one or more components do not have to be completely structurally integrated or embedded in the housing block (for example, in a switching valve, the valve tappet and certain connections can be integrated, while the control or actuation area and possibly external connections can be arranged outside the housing block or flanged to it).
  • a valve block can be designed in such a way that the holes, lines, wall structures, etc. required for the one or more components are introduced into a solid block material, thus forming the housing block.
  • the common housing block can contain all components of the first and second hydraulic assembly. Alternatively, it can also be conceivable that the common housing block can only partially contain components of the first and second hydraulic assembly.
  • the common housing block can be made from a solid block material provided in one piece (e.g. made of an aluminum alloy).
  • the first and second hydraulic assemblies are to be understood as separate assemblies, differing at least in one function and/or in one structural component.
  • the common housing block can have the first housing block and the second housing block.
  • This design allows a two-part design of the common housing block and thus a more variable design of the first and second hydraulic assemblies.
  • the first and second housing blocks can be attached to one another (e.g. by screwing or welding or similar suitable methods).
  • the first hydraulic assembly has at least one hydraulic pump and at least one electric motor for driving the hydraulic pump, by means of which the steering gear can be supplied with hydraulic fluid and/or controlled.
  • the hydraulic pump By at least partially integrating the hydraulic pump into the first housing block, the flow path from the pump to the steering gear for its supply and control can be shortened, so that the steering gear can be controlled and supplied with hydraulic fluid (e.g. designed as hydraulic oil suitable for steering gears) more quickly, more precisely and with lower line losses.
  • the first hydraulic assembly can have at least one first line, which can be connected to at least one first working chamber of the steering gear housing and through which the first working chamber can be supplied with hydraulic fluid and/or controlled.
  • the first hydraulic assembly can have at least one second line, which can be connected to at least one second working chamber of the steering gear housing and through which the second working chamber can be supplied with hydraulic fluid and/or controlled.
  • the hydraulic pump is designed as a bidirectional hydraulic pump with a first and second delivery direction and is connected to the first line and to the second line, wherein the hydraulic pump is set up to pressurize the first line according to the first delivery direction and to pressurize the second line according to the second delivery direction.
  • the bidirectional pump is particularly advantageous for this application. This is because by reversing its direction of rotation, its delivery direction changes automatically due to its function, so that the pressure in the two working spaces of the steering gear can be implemented very easily via the first and second lines. This design therefore results in a very powerful pump configuration for the appropriately adapted purpose in a steering gear.
  • the second hydraulic assembly is designed as a backup assembly and is connected to the steering gear in at least one fault state and/or in at least one inactivity state of the steering system. If a fault state occurs in the first hydraulic assembly, the hydraulic fluid or hydraulic oil can no longer flow in and out of the first or second working chamber, so that the steering gear can no longer be operated. For this reason, the second hydraulic assembly can be provided which (e.g. in the fault state) short-circuits a connection between the first and second working chambers, so that the steering gear can still be controlled and the commercial vehicle can continue to be steered safely.
  • the backup assembly can also be controlled in an inactivity state (e.g.
  • the second hydraulic assembly has at least one hydraulic filter element and at least one backup switching valve.
  • the backup switching valve essentially fulfills the following function: The backup switching valve can basically be switched from a blocking position to a passing position and vice versa, so that the two working chambers of the steering gear are connected via the second assembly and the vehicle can still be steered.
  • the hydraulic filter element and the backup switching valve form a series connection.
  • This connection provides a very efficient way for the hydraulic fluid to flow through the hydraulic filter element in a controlled manner and with the shortest possible flow path. This reduces the flow resistance and the efficiency of the steering system when filtering the hydraulic fluid or oil can be increased.
  • the second hydraulic assembly has at least one further first line and at least one further second line.
  • the further first line can be connected to the first working space of the steering gear housing and the further second line can be connected to the second working space of the steering gear housing.
  • the further first and the further second line can be introduced directly into the respective block. (e.g. as a hole, groove or other recess), so that a very simple design of these lines can be achieved.
  • the backup switching valve is switched to the pass-through position in the inactivity state and/or error state, so that the first working chamber and the second working chamber are connected at least via the further first and further second lines as well as via the hydraulic filter element and the backup switching valve.
  • the first state relates to an error state in which, for example, the power supply has failed and a return spring then switches the backup switching valve to the pass-through position so that the two working chambers of the steering gear are connected and the vehicle can still be steered.
  • the second function or the second state relates to the inactivity state in which future steering assistance (and thus no pressure on the steering gear) of the steering system is not to be expected.
  • the further function assignment of the second assembly (namely the filtering of the hydraulic oil) can be advantageously used.
  • the hydraulic pump must be in operation permanently so that the driver feels a certain steering resistance and because the steering power assistance can only be generated quickly enough when the hydraulic pump is already in operation.
  • the pumping operation in the inactive state can be used in such a way that the hydraulic pump pressurizes one of the two working chambers in such a way that the pressure must be below a pressure threshold that would initiate actual steering assistance (which is possible due to the system inertia and friction).
  • hydraulic oil flows from the pressurized working chamber via the backup assembly into the unpressurized working chamber of the steering gear and vice versa (with opposite pressure). Since the filter element is arranged in the backup assembly, the hydraulic oil can be filtered in a very energy-efficient manner.
  • the backup switching valve can be designed as a 2/2-way solenoid valve and can have at least one switching plunger and at least one solenoid coil for actuating the switching plunger.
  • a change in the switching position of the switching plunger can trigger an induced voltage in the solenoid coil.
  • this switching position is an important monitoring variable or an important monitoring parameter that should always be closely monitored. If the voltage is induced in the solenoid coil, the coil current collapses, which can be detected so that the tappet position can be monitored quite easily.
  • a 2/2-way solenoid valve is a simply constructed valve with a correspondingly reduced probability of error or failure, which contributes positively to system safety.
  • the second hydraulic assembly can have at least one bridge circuit that has four outer branches and one bridge branch, whereby the four outer branches can be connected to one another via four outer nodes.
  • a bridge circuit allows unidirectional flow through the hydraulic filter element, although the flow directions within the further first and further second lines change depending on the pressure in the two working spaces of the steering gear housing (see description above). This allows the hydraulic filter element to be constructed more simply, since it is always only flowed through in a defined flow direction.
  • the bridge branch is formed by the series connection comprising the hydraulic filter element and the backup switching valve. This design of the bridge branch allows in particular the unidirectional flow through the hydraulic filter element with the advantages explained in the paragraph above.
  • the bridge circuit is connected to the further first line and the further second line by means of two external nodes, and the bridge branch is connected to two further external nodes.
  • This connection results in a symmetrical connection or connection with the further first and further second lines and the bridge branch, so that the line lengths are the same in both flow paths or directions, thus resulting in the same control characteristic (e.g. in the fault state) between the two opposing movements of the control piston of the steering gear.
  • a vehicle in particular a commercial vehicle, is provided with at least one electro-hydraulic steering system as described above.
  • the vehicle can in particular be a commercial vehicle.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a circuit arrangement of an embodiment of a steering system according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a circuit arrangement of an 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, which in turn has a steering gear housing 104.
  • 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 hydraulic assembly 106 which is attached to the steering gear housing 104.
  • the first hydraulic assembly 106 is designed in the form of an electro-hydraulic assembly 106.
  • the electro-hydraulic steering system 100 also has a second hydraulic assembly 108 which is attached to the steering gear housing 104.
  • the second hydraulic assembly 108 is also designed as an electro-hydraulic assembly 108.
  • the fastening of the first and second hydraulic assemblies 106, 108 to the steering gear housing 104 can be realized via corresponding flange connections, which, however, are not shown in the schematic representation of Fig. 1.
  • first hydraulic assembly 106 As shown in Fig. 1, several components of the first hydraulic assembly 106 are at least partially integrated into a first housing block 110.
  • the first and second housing blocks 110, 112 are designed as structurally separate blocks according to Fig. 1 and are attached to the steering gear housing 104 at different locations.
  • first and second housing blocks 110, 112 may be attached to the steering gear housing 104 at opposite locations (i.e., in a 180° alignment with each other).
  • first and second housing blocks 110, 112 can also be attached to the steering gear housing 104 in a 90° or 270° orientation to each other.
  • one or more components of the first hydraulic assembly 106 and the second hydraulic assembly 108 can also be at least partially integrated into a common housing block (not shown in Fig. 1).
  • the common housing block can have the first housing block 110 and the second housing block 112 or can be constructed from these two blocks 110, 112 or alternatively can be designed as a one-piece housing block (made of solid block material).
  • the steering system 100 has an electronic control and/or regulating device 114 for controlling and/or regulating the first and second hydraulic assemblies 106, 108.
  • the first hydraulic assembly 106 comprises a hydraulic pump 116 and an electric motor M for driving the hydraulic pump 116.
  • the hydraulic pump 116 is designed as a double-acting or bidirectional hydraulic pump with a first and a second delivery direction.
  • the first hydraulic assembly 106 further comprises a first line 118 which is connected to a first working chamber 122 of the steering gear housing 104.
  • the first hydraulic assembly 106 therefore also includes a second line 120, which is connected to a second working chamber 124 of the steering gear housing 104.
  • Fig. 1 it can be seen that the hydraulic pump 116 is connected to the first line 118 and to the second line 120.
  • two hydraulic pumps can be provided, with one pump each being assigned to or connected to the first and second lines 118, 120.
  • the first line 118 extends according to Fig. 1 from a first pressure outlet of the hydraulic pump 116 to a connection of the steering gear housing 104, which opens into the first working chamber 122.
  • the second line 120 extends from a second pressure outlet of the hydraulic pump 116 to a connection of the steering gear housing 104, which opens into the second working chamber 124.
  • a hydraulic filter element can be arranged in each of the first and second lines 118, 120.
  • a pressure sensor is arranged in the first line 118.
  • a pressure sensor and a temperature sensor are arranged in the second line 120.
  • a temperature sensor is also arranged in the first line 118.
  • the first hydraulic assembly 106 further comprises a hydraulic tank, which can be fully or partially integrated into the first housing block 110.
  • hydraulic tank is flanged to the first housing block 110.
  • the hydraulic tank is shown only schematically in Fig. 1, so that it is also conceivable that the hydraulic pump 116 is integrated in the tank.
  • the electric motor, the hydraulic tank and hydraulic pump 116 are flanged to one another and connected via corresponding lines (not shown in Fig. 1).
  • the hydraulic tank is also assigned a pressure sensor and a temperature sensor to monitor the pressure and temperature of the hydraulic oil in the tank.
  • the second hydraulic assembly 108 is designed as a backup assembly and is connected to the steering gear 102 in a fault condition of the steering system 100. Alternatively or additionally, the second hydraulic assembly 108 may be connected to the steering gear 102 in an inactive state of the steering system 100.
  • the second hydraulic assembly 108 includes, among other components, a hydraulic filter element 126 and a backup switching valve 128.
  • the hydraulic filter element 126 and the backup switching valve 128 form a series connection.
  • the hydraulic filter element 126 is arranged upstream of the backup switching valve 128.
  • a pressure sensor 144 for monitoring the filter condition and a bypass check valve or filter check valve 146 can be arranged parallel to the hydraulic filter element 126.
  • the pressure sensor 144 can be designed as a differential pressure sensor or alternatively as two individual pressure sensors or pressure switches with an adjustable trigger threshold (not shown in Fig. 1).
  • the pressure sensor 144 described above, the other sensors of the first hydraulic assembly 106 described above and the electric motor M are connected to the electronic control and/or regulating device 114 via corresponding lines (not shown in Fig. 1).
  • the second hydraulic assembly 108 has a further first line 130 and a further second line 132.
  • the further first line 130 is connected to the first working chamber 122 of the steering gear housing 104.
  • the further second line 132 is connected to the second working chamber 124 of the steering gear housing 104.
  • the switching position of the backup switching valve 128 is switched to the pass-through position according to the inactivity state or fault state.
  • first working chamber 122 and the second working chamber 124 are connected via the further first and further second lines 130, 132 as well as via the hydraulic filter element 126 and the backup switching valve 128.
  • the second hydraulic assembly 108 also has a bridge circuit 134 which has four outer branches 136 and one bridge branch 138, wherein the four outer branches 136 are connected to one another via four outer nodes 140.
  • the bridge branch 138 is formed by the series connection of the hydraulic filter element 126 and the backup switching valve 128.
  • first working space 122 and the second working space 124 are connected to one another via the further first and further second lines 130, 132 and via the bridge circuit 234.
  • the bridge circuit 134 is connected to the further first line 130 and the further second line 132 by means of second external nodes 140.
  • the bridge branch 138 is in turn connected to two further external nodes 140 of the bridge circuit, which are not connected to the further first and second lines 130, 132.
  • a hydraulic filter element can be arranged in each of the further first and second lines 118, 120.
  • the backup switching valve 128 is designed as a 2/2-way solenoid valve and has a switching plunger and a solenoid coil for actuating the switching plunger, wherein a change in the switching position of the switching plunger triggers an induced voltage in the solenoid coil.
  • a commercial vehicle (not shown in Fig. 1) which has an electro-hydraulic steering system 100 as described above.
  • the steering gear 102 can basically be supplied with hydraulic fluid via the hydraulic pump 116.
  • the steering gear 102 can be controlled by the hydraulic pump 116 due to its bidirectional design.
  • the first working chamber 122 can be supplied with hydraulic fluid through the first line 118 and can thus be controlled, since the first line 118 connects this working chamber 122 with the hydraulic pump 116.
  • the second working chamber 124 can be supplied with hydraulic fluid through the second line 120 and can thus be controlled, since the second line 120 connects this working chamber 124 with the hydraulic pump 116.
  • the control is achieved by pressurizing either the first working chamber 122 or the second working chamber 124 of the steering gear - but not both at the same time - by the hydraulic pump 116.
  • the hydraulic pump 116 is therefore configured to pressurize the first line 118 according to the first conveying direction and to pressurize the second line 120 according to the second conveying direction.
  • the hydraulic pump 116 As soon as the hydraulic pump 116 is driven by the electric motor M (e.g. clockwise), it pressurizes the first line 118 according to its first conveying direction, which extends to the first working chamber 122.
  • the hydraulic pump 116 and the steering gear 102 are connected to one another via the first line 118, and the connection of the steering gear 102 connected to the first line 118 and opening into the first working chamber 122 is pressurized.
  • the pressure in the first working chamber 122 then increases and the piston is forced to perform a linear displacement movement since there is less pressure in the opposite, second working chamber 124, so that steering assistance is achieved via the steering output shaft.
  • the pressure in the opposite second working chamber 124 is lower because this working chamber 124 is connected to the tank via the second line 120 and a corresponding return line (not shown in Fig. 1).
  • the hydraulic oil can flow back from the second working chamber 124 into the tank.
  • the hydraulic pump 116 and the steering gear 102 are connected to one another via the second line 120, and the connection of the steering gear 102 connected to the second line 120 and opening into the second working chamber 124 is pressurized.
  • the pressure in the second working chamber 124 then increases and the piston is forced to perform a linear displacement movement, since there is now a lower pressure in the opposite, first working chamber 122, so that steering assistance is achieved via the steering output shaft.
  • the pressure in the opposite first working chamber 122 is lower because this working chamber 122 is connected to the tank via the first line 118 and a corresponding return line (not shown in Fig. 1).
  • the backup switching valve 128 is arranged in the passage switching position shown in Fig. 1. This position enables an uninterrupted flow path from the first working chamber 122 to the second working chamber 124 via the further first and further second lines 130, 132 and via the bridge circuit 134.
  • the flow direction of the hydraulic oil depends on the pressure gradient between the first and second working chambers 122, 124.
  • the pressure gradient can either be created only by a manual steering movement of the steering input shaft, which is shown in Fig. 1 to the left of the second working chamber 124, whereby the steering input shaft can also be arranged at a different position.
  • the pressure gradient can be formed as described above by the selective pressurization of the first or second working chamber 122, 124 by the hydraulic pump 116, this case being associated with an inactivity state of the steering system.
  • the steering system operates normally, so that the backup switching valve 128 has been controlled by the control and/or regulating device and is thus switched to the pass-through position.
  • the inactivity state is the state when the steering system is inactive, i.e. when either the commercial vehicle is not currently moving or the commercial vehicle is moving and no steering assistance will be required in the future.
  • the pumping operation in the inactivity state can be exploited in such a way that the hydraulic pump 116 pressurizes one of the two working chambers 122, 124 in such a way that the pressure must be below a pressure threshold value, which therefore does not initiate any actual steering assistance (which is possible due to the system inertia and friction).
  • the filter element Since the filter element is located in the backup assembly, the hydraulic oil can be filtered very energy efficiently.
  • the hydraulic oil can be cleaned very efficiently in the inactive state of the steering system 100, since the pressures required for this are much lower than those required for steering assistance and no additional pumps or valves are required for this.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Lenksystem (100) für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, aufweisend: - wenigstens ein Lenkgetriebe (102), insbesondere Spindellenkgetriebe, mit wenigstens einem Lenkgetriebe-Gehäuse (104); - wenigstens eine erste hydraulische, insbesondere elektrohydraulische, Baugruppe (106), welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse (104) befestigbar ist; und - wenigstens eine zweite hydraulische, insbesondere elektrohydraulische; Baugruppe (108), welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse (104) befestigbar ist; wobei ein oder mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe (106) wenigstens teilweise in einen ersten Gehäuseblock (110) integriert ist oder sind und wobei ein oder mehrere Bauteile der zweiten hydraulischen Baugruppe (108) wenigstens teilweise in einen zweiten Gehäuseblock (112) integriert ist oder sind oder wobei ein oder mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe (106) und der zweiten hydraulischen Baugruppe (108) wenigstens teilweise in einen gemeinsamen Gehäuseblock integriert sind. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug mit einem vorstehend beschriebenen Lenksystem.

Description

BESCHREIBUNG
Lenksystem für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Lenksystem für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit diesem elektrohydraulischen Lenksystem.
In herkömmlichen Lenksystemen für Nutzfahrzeuge entstehen durch Hydraulikelemente wie Filter, Ventile und/oder Steuerungselemente wie Aktoren große Bauraumanforderungen, die sich negativ auf die Leistungsdichte und die Leistungsfähigkeit und Funktionsdichte dieser Lenksysteme auswirken.
Im Stand der Technik sind bereits Lenksysteme für Fahrzeuge und im Speziellen für Nutzfahrzeuge bekannt.
So zeigt die DE 102016112332 A1 ein Verfahren zum Überwachen eines Reglerblocks zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Stellantriebs eines Lenksystems.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrohydraulisches Lenksystem der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass dieses System eine höhere Leistungsdichte aufweist, einfacher und mit weniger Bauteilen und/oder Leitungen aufgebaut sein kann und dadurch potentielle Fehlerquellen entfallen können.
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, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt ist, das folgendes aufweist:
- wenigstens ein Lenkgetriebe, insbesondere Spindellenkgetriebe, mit wenigstens einem Lenkgetriebe-Gehäuse; - wenigstens eine erste hydraulische, insbesondere elektrohydraulische, Baugruppe, welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse befestigbar ist; und
- wenigstens eine zweite hydraulische, insbesondere elektrohydraulische; Baugruppe, welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse befestigbar ist; wobei ein oder mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe wenigstens teilweise in einen ersten Gehäuseblock integriert ist oder sind und wobei ein oder mehrere Bauteile der zweiten hydraulischen Baugruppe wenigstens teilweise in einen zweiten Gehäuseblock integriert ist oder sind oder wobei ein oder mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe und der zweiten hydraulischen Baugruppe wenigstens teilweise in einen gemeinsamen Gehäuseblock integriert sind.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass ein oder mehrere Bauteile der ersten bzw. zweiten hydraulische Baugruppe wenigstens teilweise in einen ersten und zweiten oder gemeinsamen Gehäuseblock integriert sein können. Dies erlaubt eine sehr hohe Leistungsdichte mit internen Leitungsführungen innerhalb des Gehäuseblocks, wodurch Elastizitäten (und damit Trägheiten) und zusätzliche Fehlerquellen im Lenksystem entfallen können. Auch kann vorgehen sein, dass sämtliche Bauteile der ersten und zweiten hydraulischen Baugruppe jeweils im ersten und zweiten oder im gemeinsamen Gehäuseblock integriert sein können. Unter einer derartigen Integration kann verstanden werden, dass das eine oder die mehreren Bauteile nicht vollständig baulich in den Gehäuseblock integriert bzw. eingebettet sein müssen (beispielsweise kann bei einem Schaltventil der Ventilstößel und gewisse Anschlüsse integriert sein, während der Steuerungs- bzw. Betätigungsbereich und ggf. externe Anschlüsse außerhalb des Gehäuseblocks angeordnet sein bzw. an diesem angeflanscht sein können.). Ein Ventilblock kann dahingehend ausgestaltet sein, dass die für das eine oder für die mehreren Bauteile notwendigen Bohrungen, Leitungen, Wandstrukturen usw. in ein Blockvollmatenal eingebracht sind und so der Gehäuseblock ausgebildet wird. Der gemeinsame Gehäuseblock kann dabei sämtliche Bauteile der ersten und zweiten hydraulischen Baugruppe enthalten. Alternativ kann aber auch denkbar sein, dass der gemeinsame Gehäuseblock nur teilweise Bauteile der ersten und zweiten hydraulischen Baugruppe enthalten kann. Der gemeinsame Gehäuseblock kann als ein aus einem einstückig bereitgestellten Blockvollmaterial (z.B. aus einer Aluminiumlegierung) hergestellt sein. Die erste und zweite hydraulische Baugruppe sind als separate Baugruppen zu verstehen, wobei sie sich wenigstens in einer Funktion und/oder in einem strukturellen Bauteil unterscheiden.
Alternativ kann der gemeinsame Gehäuseblock den ersten Gehäuseblock und den zweiten Gehäuseblock aufweisen. Diese Ausgestaltung erlaubt eine zweiteilige Ausgestaltung des gemeinsamen Gehäuseblocks und damit eine variablere Ausgestaltung der ersten und zweiten hydraulischen Baugruppe. Der erste und zweite Gehäuseblock können dazu aneinander befestigt werden (z.B. durch Verschrauben oder Verschweißen oder ähnliche geeignete Verfahren).
Zudem kann vorgesehen sein, dass die erste hydraulische Baugruppe wenigstens eine Hydraulikpumpe und wenigstens einem Elektromotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe aufweist, durch die das Lenkgetriebe mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist. Durch die zumindest teilweise Integration der Hydraulikpumpe in den ersten Gehäuseblock kann der Strömungspfad von Pumpe zum Lenkgetriebe zu dessen Versorgung und Ansteuerung verkürzt werden, so dass das Lenkgetriebe schneller, präziser und mit geringeren Leitungs-Verlusten mit Hydraulikfluid (z.B. als Hydrauliköl geeignet für Lenkgetriebe ausgebildet) angesteuert und versorgt werden kann.
Ferner kann die erste hydraulische Baugruppe wenigstens eine erste Leitung aufweisen, die mit wenigstens einem ersten Arbeitsraum des Lenkgetriebe-Gehäuses verbunden sein kann und durch die der erste Arbeitsraum mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist. Zudem kann die erste hydraulische Baugruppe wenigstens eine zweite Leitung aufweisen, welche mit wenigstens einem zweiten Arbeitsraum des Lenkgetriebe-Gehäuses verbunden sein kann und durch welche der zweite Arbeitsraum mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist. Durch das Vorsehen der ersten und zweiten Leitung innerhalb des ersten bzw. zweiten oder gemeinsamen Gehäuseblocks ist deren Leitungslänge sehr kurz, wodurch das Lenkgetriebe schneller, präziser und mit geringeren Leitungs-Verlusten mit Hydrauliköl angesteuert und versorgt werden kann. Zudem kann die erste und zweite Leitung direkt in den jeweiligen Block eingebracht werden (z.B. als Bohrung, Nut oder sonstige Ausnehmung), so dass eine sehr einfache Ausgestaltung dieser Leitungen erzielbar ist. Außerdem ist denkbar, dass die Hydraulikpumpe als bidirektionale Hydraulikpumpe mit einer ersten und zweiten Förderrichtung ausgebildet ist und mit der ersten Leitung und mit der zweiten Leitung verbunden ist, wobei die Hydraulikpumpe eingerichtet ist, die erste Leitung gemäß der ersten Förderrichtung zu bedrucken und die zweite Leitung gemäß der zweiten Förderrichtung zu bedrucken. Da der Lenkgetriebekolben zur Aufbringung der Lenkkraftunterstützung ohnehin beidseitig an seinen jeweiligen Stirnseiten und den zwei dort ausgebildeten Arbeitsräumen in verschiedenen Richtungen bedruckt werden muss, bietet sich die bidirektionale Pumpe besonders vorteilhaft für diese Anwendung an. Denn durch Umkehr ihrer Rotationsrichtung ändert sich ihre Förderrichtung funktionsbedingt automatisch, so dass sich die Bedruckung der beiden Arbeitsräume des Lenkgetriebes über die erste und zweite Leitung sehr leicht umsetzen lässt. Somit ergibt sich mit dieser Ausgestaltung eine sehr leistungsfähige Pumpenkonfiguration für den entsprechend adaptierten Einsatzweck bei einem Lenkgetriebe.
Zudem ist vorstellbar, dass die zweite hydraulische Baugruppe als Backup-Baugruppe ausgebildet ist und in wenigstens einem Fehlerzustand und/oder in wenigstens einem Inaktivitätszustand des Lenksystems mit dem Lenkgetriebe verbunden ist. Falls sich in der ersten hydraulischen Baugruppe ein Fehlerzustand ergibt, kann das Hydraulikfluid bzw. Hydrauliköl von dort nicht mehr von dem ersten oder zweiten Arbeitsraum aus- und einströmen, so dass das Lenkgetriebe nicht mehr betätigbar wäre. Aus diesem Grund kann die zweite hydraulische Baugruppe vorgesehen sein, die (z.B. im Fehlerzustand) eine Verbindung zwischen erstem und zweitem Arbeitsraum kurzschließt, so dass das Lenkgetriebe weiter steuerbar ist und so das Nutzfahrzeug weiterhin sicher lenkbar bleibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Backup-Baugruppe auch in einem Inaktivitätszustand so angesteuert werden (z.B. durch eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung des Lenksystems), dass eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen freigeschaltet wird, was die Möglichkeit einer effizienten Implementierung einer weiteren Funktionalität für das Lenksystem im Falle eines Inaktivitätszustandes in der zweiten hydraulischen Baugruppe ergibt. Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass die zweite hydraulische Baugruppe wenigstens ein Hydraulikfilterelement und wenigstens ein Backup-Schaltventil aufweist. Das Backup-Schaltventil erfüllt im Wesentlichen folgende Funktion: Das Backup-Schaltventil kann grundsätzlich von einer Sperrstellung in eine Durchlassstellung und umgekehrt geschaltet werden, so dass die beiden Arbeitsräume des Lenkgetriebes über die zweite Baugruppe in Verbindung stehen und so das Fahrzeug noch lenkbar ist. Dies ist insbesondere in einem Fehlerzustand vorteilhaft, weil durch den hydraulischen Kurzschluss (durch die zweite Baugruppe ermöglicht) die Arbeitsräume des Lenkgetriebes nach wie vor verbunden sind und so die Lenkfähigkeit des Lenkgetriebes weiter gewährleistet ist. In der Sperrstellung des Backup-Schaltventils ist die zweite Baugruppe außer Funktion und die Steuerung des Lenkgetriebes und deren Versorgung mit Hydraulikfluid erfolgt über die erste Baugruppe. Die Integration des Hydraulikfilterelements in die zweite Baugruppe hat den Vorteil, dass die zweite Baugruppe insbesondere im Inaktivitätszustand mit einer weiteren Funktionalität belegt werden kann, nämlich der Filterung des Hydrauliköls.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Hydraulikfilterelement und das Backup- Schaltventil eine Reihenschaltung ausbilden. Durch diese Schaltung ergibt sich eine sehr effiziente Möglichkeit für das Hydraulikfluid gesteuert und mit einem möglichst kurzen Strömungsweg durch das Hydraulikfilterelement zu strömen. Dadurch sinkt der Strömungswiderstand und die Effizienz des Lenksystems bei der Filterung des Hydraulikfluids bzw. -öls gesteigert werden kann.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die zweite hydraulische Baugruppe wenigstens eine weitere erste Leitung und wenigstens eine weitere zweite Leitung aufweist. Insbesondere kann die weitere erste Leitung mit dem ersten Arbeitsraum des Lenkgetriebe-Gehäuses verbunden sein und die weitere zweite Leitung mit dem zweiten Arbeitsraum des Lenkgetriebe-Gehäuses verbunden sein. Durch das Vorsehen der weiteren ersten und der weiteren zweiten Leitung innerhalb des jeweiligen Gehäuseblocks (je nach Ausgestaltung) ist deren Leitungslänge sehr kurz, wodurch das Lenkgetriebe schneller, präziser und mit geringeren Leitungs-Verlusten mit Hydrauliköl im Fehlerzustand oder Inaktivitätszustand versorgt werden kann. Zudem kann die weitere erste und die weitere zweite Leitung direkt in den jeweiligen Block eingebracht werden (z.B. als Bohrung, Nut oder sonstige Ausnehmung), so dass eine sehr einfache Ausgestaltung dieser Leitungen erzielbar ist.
Weiter ist vorstellbar, dass das Backup-Schaltventil in dem Inaktivitätszustand und/oder Fehlerzustand in Durchlassstellung geschaltet ist, so dass der erste Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum wenigstens über die weitere erste und weitere zweite Leitung sowie über das Hydraulikfilterelement und das Backup-Schaltventil verbunden sind. Der erste Zustand betrifft einen Fehlerzustand, in dem z.B. die Stromversorgung ausgefallen ist und sodann eine Rückstellfeder das Backup-Schaltventil in Durchlassstellung schaltet, so dass die beiden Arbeitsräume des Lenkgetriebes in Verbindung stehen und so das Fahrzeug noch lenkbar ist. Die zweite Funktion bzw. der zweite Zustand betrifft den Inaktivitätszustand, in welchem eine zukünftige Lenkunterstützung (und damit keine Bedruckung des Lenkgetriebes) des Lenksystems nicht zu erwarten ist. In diesem Zustand kann die weitere Funktionsbelegung der zweiten Baugruppe (nämlich die Filterung des Hydrauliköls) vorteilhaft ausgenutzt werden. Denn die Hydraulikpumpe muss dauerhaft in Betrieb sein, so dass der Fahrer ein gewisses Lenkwiderstandsgefühl spürt und weil die Lenkkraftunterstützung nur bei bereits betriebener Hydraulikpumpe schnell genug erzeugbar ist. Demnach kann der Pumpbetrieb im Inaktivitätszustand so ausgenutzt werden, dass die Hydraulikpumpe einen der beiden Arbeitsräume so bedruckt, dass die Bedruckung unter einem Druckschwellwert liegen muss, der eine tatsächliche Lenkunterstützung einleiten würde (was durch die Systemträgheiten und Reibung möglich ist). In diesem Fall strömt Hydrauliköl von dem bedruckten Arbeitsraum über die Backup-Baugruppe in den unbedruckten Arbeitsraum des Lenkgetriebes und umgekehrt (bei entgegengesetzter Bedruckung). Da das Filterelement in der Backup-Baugruppe angeordnet ist, kann so sehr energieeffizient das Hydrau II iköl gefiltert werden.
Zudem kann das Backup-Schaltventil als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet sein und kann wenigstens ein Schaltstößel und wenigstens eine Magnetspule zur Betätigung des Schaltstößels aufweisen. Hierbei kann eine Veränderung der Schaltstellung des Schaltstößels eine induzierte Spannung in der Magnetspule auslösen. Für die Systemsicherheit ist diese Schaltstellung eine wichtige Überwachungsgröße bzw. eine wichtiger Überwachungsparameter der stets genau überwacht werden sollte. Über die induzierte Spannung in der Magnetspule bricht der Spulenstrom ein, was erfassbar ist, so dass die Stößelstellung recht einfach überwachbar ist. Zudem ist ein 2/2-Wege- Magentventil ein einfach aufgebautes Ventil mit einer entsprechend verringerten Fehler- bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit, die positiv zur Systemsicherheit beiträgt.
Außerdem kann die zweite hydraulische Baugruppe wenigstens eine Brückenschaltung aufweisen, die vier Außenzweige und einen Brückenzweig aufweist, wobei die vier Außenzweige über vier Außenknoten miteinander verbunden sein können. Eine derartige Brückenschaltung erlaubt eine unidirektionale Durchströmung des Hydraulikfilterelements, obwohl sich die Strömungsrichtungen innerhalb der weiteren ersten und weitem zweiten Leitung je nach Bedruckung in den beiden Arbeitsräumen des Lenkgetriebe-Gehäuses ändert (sieh Beschreibung oben). Hierdurch kann das Hydraulikfilterelement einfacher aufgebaut werden, da es stets nur ein einer definierten Strömungsrichtung durchströmt wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Brückenzweig durch die Reihenschaltung umfassend das Hydraulikfilterelement und das Backup-Schaltventil ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung des Brückenzweigs erlaubt insbesondere die unidirektionale Durchströmung des Hydraulikfilterelements mit denen im vorstehend beschriebenen Absatz erläuterten Vorteilen.
Zudem ist vorstellbar, dass die Brückenschaltung mittels zweiter Außenknoten mit der weiteren ersten Leitung und der weiteren zweiten Leitung verbunden ist und wobei der Brückenzweig mit zwei weiteren Außenknoten verbunden ist. Diese Verschaltung ergibt eine symmetrische Anbindung bzw. Verschaltung mit der weiteren ersten und weiteren zweiten Leitung und dem Brückenzweig, so dass sich die Leitungslängen in beiden Strömungspfaden bzw. -richtungen gleichen und sich so eine gleiche Steuerungscharakteristik (z.B. im Fehlerzustand) zwischen den beiden entgegengesetzten Bewegungen des Steuerkolbens des Lenkgetriebes ergibt.
Ferner ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit wenigstens einem elektrohydraulischen Lenksystem wie vorstehend beschrieben vorgesehen.
Sämtliche in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem erzielbaren Vorteile und technischen Wirkungen können einzeln oder in Kombination auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug gelten. Das Fahrzeug kann insbesondere Nutzfahrzeug sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems 100.
Das elektrohydraulische Lenksystem 100 für ein Nutzfahrzeug weist ein Lenkgetriebe 102 in Form eines Spindellenkgetriebes 102 auf, das wiederum ein Lenkgetriebe- Gehäuse 104 aufweist.
Das Spindellenkgetriebe 102 kann als Kugelumlaufspindellenkgetriebe ausgestaltet sein, wobei auch andere Getriebearten denkbar sind.
Das elektrohydraulische Lenksystem 100 weist weiter eine erste hydraulische Baugruppe 106 auf, welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse 104 befestigt ist.
Die erste hydraulische Baugruppe 106 ist in Form einer elektrohydraulischen Baugruppe 106 ausgebildet.
Das elektrohydraulische Lenksystem 100 weist zudem eine zweite hydraulische Baugruppe 108 auf, welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse 104 befestigt ist.
Die zweite hydraulische Baugruppe 108 ist auch als elektrohydraulische Baugruppe 108 ausgebildet. Die Befestigung der ersten und zweiten hydraulischen Baugruppe 106, 108 an dem Lenkgetriebe-Gehäuse 104 ist über entsprechende Flansch-Verbindungen realisierbar, die jedoch in der schematischen Darstellung von Fig. 1 nicht gezeigt sind.
Wie in Fig. 1 dargestellt, sind mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe 106 wenigstens teilweise in einen ersten Gehäuseblock 110 integriert.
Entsprechend sind auch mehrere Bauteile der zweiten hydraulischen Baugruppe 108 wenigstens teilweise in einen zweiten Gehäuseblock 112 integriert.
Der erste und zweite Gehäuseblock 110, 112 sind gemäß Fig. 1 als strukturell getrennte Blocks ausgebildet und an verschiedenen Stellen am Lenkgetriebe-Gehäuse 104 befestigt.
Beispielsweise können der erste und zweite Gehäuseblock 110, 112 an gegenüberliegenden Stellen am Lenkgetriebe-Gehäuse 104 befestigt sein (also in einer 180°-Ausrichtung zueinander).
Ebenso ist denkbar, dass der erste und zweite Gehäuseblock 110, 112 am Lenkgetriebe-Gehäuse 104 auch in einer 90° oder 270°-Ausrichtung zueinander befestigt sein können.
Gemäß einer alternativen Gestaltung des Gehäuseblocks des Lenksystems 100 können auch ein oder mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe 106 und der zweiten hydraulischen Baugruppe 108 wenigstens teilweise in einen gemeinsamen Gehäuseblock integriert sein (nicht in Fig. 1 gezeigt).
Der gemeinsame Gehäuseblock kann den ersten Gehäuseblock 110 und den zweiten Gehäuseblock 112 aufweisen bzw. aus diesen beiden Blöcken 110, 112 aufgebaut sein oder alternativ auch als ein einstückiger Gehäuseblock (aus Blockvollmatenal) ausgestaltet sein. Im Übrigen weist das Lenksystem 100 eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 114 zur Steuerung und/oder Regelung der ersten und zweiten hydraulischen Baugruppe 106, 108 auf.
Als Bauteile weist die erste hydraulische Baugruppe 106 eine Hydraulikpumpe 116 und einen Elektromotor M zum Antrieb der Hydraulikpumpe 116 auf.
Die Hydraulikpumpe 116 ist als doppelwirkende bzw. als bidirektionale Hydraulikpumpe mit einer ersten und zweiten Förderrichtung ausgebildet.
Die erste hydraulische Baugruppe 106 umfasst ferner eine erste Leitung 118, die mit einem ersten Arbeitsraum 122 des Lenkgetriebe-Gehäuses 104 verbunden ist.
Die erste hydraulische Baugruppe 106 umfasst demnach auch eine zweite Leitung 120, die mit einem zweiten Arbeitsraum 124 des Lenkgetriebe-Gehäuses 104 verbunden ist.
Gemäß Fig. 1 ist zu sehen, dass die Hydraulikpumpe 116 mit der ersten Leitung 118 und mit der zweiten Leitung 120 verbunden ist.
Alternativ zu der obig beschriebenen Gestaltung 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 118, 120 verbunden ist, das je nach Schaltlogik diese Hydraulikpumpe mit der ersten oder der zweiten Leitung 118, 120 verbindet.
Alternativ kann es auch denkbar sein, dass zwei Hydraulikpumpen vorgesehen sein können, wobei je eine Pumpe der ersten bzw. der zweiten Leitung 118, 120 zugeordnet bzw. mit ihr verbunden ist.
Die erste Leitung 118 erstreckt sich gemäß Fig. 1 von einem ersten Druckausgang der Hydraulikpumpe 116 bis zu einem Anschluss des Lenkgetriebe-Gehäuses 104, der in den ersten Arbeitsraum 122 mündet. Die zweite Leitung 120 erstreckt sich von einem zweiten Druckausgang der Hydraulikpumpe 116 bis zu einem Anschluss des Lenkgetriebe-Gehäuses 104, der in den zweiten Arbeitsraum 124 mündet.
In der ersten und zweiten Leitung 118, 120 können jeweils ein Hydraulikfilterelement angeordnet sein.
Zudem ist gemäß Fig. 1 in der ersten Leitung 118 ein Drucksensor angeordnet.
Weiter ist in der zweiten Leitung 120 ein Drucksensor und ein Temperatursensor angeordnet.
Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass in der ersten Leitung 118 auch ein Temperatursensor angeordnet ist.
Die erste hydraulische Baugruppe 106 weist weiter ein Hydrauliktank auf, der vollständig oder teilweise in den ersten Gehäuseblock 110 integriert sein kann.
Alternativ ist auch denkbar, dass der Hydrauliktank an den ersten Gehäuseblock 110 angeflanscht ist.
Der Hydrauliktank ist anhand von Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt, so dass es auch denkbar sein kann, dass die Hydraulikpumpe 116 in dem Tank integriert ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass der Elektromotor, der Hydrauliktank und Hydraulikpumpe 116 aneinander angeflanscht und über entsprechende Leitungen (nicht in Fig. 1 gezeigt) verbunden sind.
Dem Hydrauliktank sind weiter ein Drucksensor und ein Temperatursensor zur Überwachung von Druck und Temperatur des Hydrauliköls im Tank zugeorndet.
Die zweite hydraulische Baugruppe 108 ist als Backup-Baugruppe ausgebildet und ist in einem Fehlerzustand des Lenksystems 100 mit dem Lenkgetriebe 102 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite hydraulische Baugruppe 108 in einem Inaktivitätszustand des Lenksystems 100 mit dem Lenkgetriebe 102 verbunden sein.
Verbunden ist hier generell so zu verstehen, dass zwischen den Arbeitsräumen 122, 124 des Lenkgetriebes ein durchgängiger Strömungspfad über die zweite hydraulische Baugruppe 108 vorgesehen ist.
Die zweite hydraulische Baugruppe 108 weist als Bauteile unter anderem ein Hydraulikfilterelement 126 und ein Backup-Schaltventil 128 auf.
Das Hydraulikfilterelement 126 und das Backup-Schaltventil 128 bilden eine Reihenschaltung aus.
Das Hydraulikfilterelement 126 ist stromaufwärts bezüglich des Backup-Schaltventils 128 angeordnet.
Parallel zu dem Hydraulikfilterelement 126 können ein Drucksensor 144 zur Überwachung des Filterzustands und ein Bypass-Rückschlagventil bzw. Filterrückschlagventil 146 angeordnet sein.
Der Drucksensor 144 kann als Differenzdrucksensor ausgebildet sein oder alternativ als zwei einzelne Drucksensoren bzw. Druckschalter mit einstellbarer Auslöseschwelle (nicht in Fig. 1 gezeigt).
Der vorstehend beschriebene Drucksensor 144, die weiteren vorstehend beschriebenen Sensoren der ersten hydraulischen Baugruppe 106 sowie der Elektromotor M sind mit der elektronischen Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 114 über entsprechende Leitungen verbunden (nicht in Fig. 1 gezeigt).
Die zweite hydraulische Baugruppe 108 weist eine weitere erste Leitung 130 und eine weitere zweite Leitung 132 auf. Die weitere erste Leitung 130 ist mit dem ersten Arbeitsraum 122 des Lenkgetriebe- Gehäuses 104 verbunden.
Entsprechend ist die weitere zweite Leitung 132 mit dem zweiten Arbeitsraum 124 des Lenkgetriebe-Gehäuses 104 verbunden.
Gemäß der Darstellung der Schaltstellung des Backup-Schaltventils 128 in Fig. 1 ist es in Durchlassstellung gemäß des Inaktivitätszustands oder Fehlerzustands geschaltet.
Demzufolge sind der erste Arbeitsraum 122 und der zweite Arbeitsraum 124 über die weitere erste und weitere zweite Leitung 130, 132 sowie über das Hydraulikfilterelement 126 und das Backup-Schaltventil 128 verbunden.
Die zweite hydraulische Baugruppe 108 weist gemäß Fig. 1 zudem eine Brückenschaltung 134 auf, die vier Außenzweige 136 und einen Brückenzweig 138 aufweist, wobei die vier Außenzweige 136 über vier Außenknoten 140 miteinander verbunden sind.
Der Brückenzweig 138 wiederum ist durch die Reihenschaltung aus dem Hydraulikfilterelement 126 und dem Backup-Schaltventil 128 ausgebildet.
Demzufolge sind der erste Arbeitsraum 122 und der zweite Arbeitsraum 124 über die weitere erste und weitere zweite Leitung 130, 132 sowie über die Brückenschaltung 234 miteinander verbunden.
Hierzu ist die Brückenschaltung 134 mittels zweiter Außenknoten 140 mit der weiteren ersten Leitung 130 und der weiteren zweiten Leitung 132 verbunden ist.
Der Brückenzweig 138 wiederum ist mit zwei weiteren Außenknoten 140 der Brückenschaltung verbunden, die nicht mit der weiteren ersten und zweiten Leitung 130, 132 verbunden sind. In der weiteren ersten und weiteren zweiten Leitung 118, 120 können jeweils ein Hydraulikfilterelement angeordnet sein.
Das Backup-Schaltventil 128 ist als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist und weist einen Schaltstößel und eine Magnetspule zur Betätigung des Schaltstößels auf, wobei eine Veränderung der Schaltstellung des Schaltstößels eine induzierte Spannung in der Magnetspule auslöst.
Ferner ist erfindungsgemäß ein Nutzfahrzeug vorgesehen (nicht in Fig. 1 gezeigt), das ein elektrohydraulisches Lenksystem 100 wie vorstehend beschrieben aufweist.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Lenksystems 100 lässt sich nun wie folgt beschreiben:
Durch die Hydraulikpumpe 116 ist das Lenkgetriebe 102 grundsätzlich mit Hydraulikfluid versorgbar.
Zudem ist das Lenkgetriebe 102 aufgrund deren bidirektionaler Ausgestaltung durch die Hydraulikpumpe 116 steuerbar.
Genauer gesagt ist der erste Arbeitsraum 122 durch die erste Leitung 118 mit Hydraulikfluid versorgbar und dadurch steuerbar, da die erste Leitung 118 diesen Arbeitsraum 122 mit der Hydraulikpumpe 116 verbindet.
Entsprechend ist der zweite Arbeitsraum 124 durch die zweite Leitung 120 mit Hydraulikfluid versorgbar und dadurch steuerbar, da die zweite Leitung 120 diesen Arbeitsraum 124 mit der Hydraulikpumpe 116 verbindet.
Die Steuerung erfolgt dadurch, dass entweder der erste Arbeitsraum 122 oder der zweite Arbeitsraum 124 des Lenkgetriebes - jedoch nicht beide gleichzeitig - von der Hydraulikpumpe 116 bedruckt werden. Die Hydraulikpumpe 116 ist demnach eingerichtet, die erste Leitung 118 gemäß der ersten Förderrichtung zu bedrucken und die zweite Leitung 120 gemäß der zweiten Förderrichtung zu bedrucken.
Sobald die Hydraulikpumpe 116 von dem Elektromotor M (z.B. im Uhrzeigersinn) angetrieben wird, bedruckt sie gemäß ihrer ersten Förderrichtung die erste Leitung 118, die sich bis zum ersten Arbeitsraum 122 erstreckt.
Folglich sind die Hydraulikpumpe 116 und das Lenkgetriebe 102 über die erste Leitung 118 miteinander verbunden und der mit der ersten Leitung 118 verbundene und in den ersten Arbeitsraum 122 mündende Anschluss des Lenkgetriebes 102 wird bedruckt.
Daraufhin erhöht sich in dem ersten Arbeitsraum 122 der Druck und der Kolben wird zu einer linearen Verschiebebewegung gezwungen, da in dem gegenüberliegenden, zweiten Arbeitsraum 124 ein geringerer Druck herrscht, so dass eine Lenkunterstützung über die Lenkausgangswelle erzielt wird.
Der Druck in dem gegenüberliegenden zweiten Arbeitsraum 124 ist deshalb geringer, weil dieser Arbeitsraum 124 über die zweite Leitung 120 und eine entsprechende Rücklaufleitung (nicht in Fig. 1 dargestellt) mit dem Tank verbunden ist.
Somit kann das Hydrauliköl von dem zweiten Arbeitsraum 124 in den Tank zurückströmen.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist zu verstehen, dass die Hydraulikpumpe 116 immer nur in eine Drehrichtung angetrieben wird und somit auch immer nur die erste oder die zweite Leitung 118, 120 bedruckt werden kann.
Wird die Drehrichtung der Hydraulikpumpe 116 umgedreht, erfolgt der zuvor beschriebene Zusammenhang bzw. Fall genau in umgekehrter Reihenfolge, wie nachstehend beschrieben: Sobald die Hydraulikpumpe 116 von dem Elektromotor M (z.B. entgegen des Uhrzeigersinns) angetrieben wird, bedruckt sie gemäß einer zweiten Förderrichtung die zweite Leitung 120, die sich bis zum zweiten Arbeitsraum 124 erstreckt.
Folglich sind die Hydraulikpumpe 116 und das Lenkgetriebe 102 über die zweite Leitung 120 miteinander verbunden und der mit der zweiten Leitung 120 verbundene und in den zweiten Arbeitsraum 124 mündende Anschluss des Lenkgetriebes 102 wird bedruckt.
Daraufhin erhöht sich in dem zweiten Arbeitsraum 124 der Druck und der Kolben wird zu einer linearen Verschiebebewegung gezwungen, da in dem gegenüberliegenden, ersten Arbeitsraum 122 nun ein geringerer Druck herrscht, so dass eine Lenkunterstützung über die Lenkausgangswelle erzielt wird.
Der Druck in dem gegenüberliegenden ersten Arbeitsraum 122 ist deshalb geringer, weil dieser Arbeitsraum 122 über die erste Leitung 118 und eine entsprechende Rücklaufleitung (nicht in Fig. 1 dargestellt) mit dem Tank verbunden ist.
Demzufolge kann das Hydrauliköl von dem ersten Arbeitsraum 122 in den Tank zurückströmen.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist zu verstehen, dass die Hydraulikpumpe 116 immer nur in eine Drehrichtung angetrieben wird und somit auch immer nur die erste oder die zweite Leitung 118, 120 bedruckt werden kann.
Die vorstehende Funktion des Lenksystems 100 wurde gemäß eines Normalbetriebszustandes beschrieben, wobei die nachfolgende Funktionsbeschreibung einen Inaktivitätszustand oder Fehlerzustand des Systems erläutert:
In diesem Zustand ist das Backup-Schaltventil 128 in der in Fig. 1 gezeigten Durchlass- Schaltstellung angeordnet. Diese Stellung ermöglicht einen unterbrechungsfreien Strömungspfad von dem ersten Arbeitsraum 122 zu dem zweiten Arbeitsraum 124 über die weitere erste und weitere zweite Leitung 130, 132 sowie über die Brückenschaltung 134.
Die Strömungsrichtung des Hydrauliköls hängt vom Druckgradient zwischen erstem und zweitem Arbeitsraum 122, 124 ab.
Der Druckgradient kann entweder nur durch eine manuelle Lenkbewegung der Lenkeingangswelle entstehen, die in Fig. 1 links des zweiten Arbeitsraums 124 dargestellt ist, wobei die Lenkeingangswelle auch an einer anderen Position angeordnet sein kann.
Denn die Drehung der Lenkwelle sorgt über die interne Spindel für die lineare Verschiebebewegung des Lenkgetriebe-Kolbens (in diesem Fall erfolgt keine Bedruckung durch die Hydraulikpumpe 116), wobei dieser Fall dem Fehlerzustand zugeordnet ist.
Alternativ kann der Druckgradient wie oben beschrieben durch die selektive Bedruckung des ersten oder zweiten Arbeitsraums 122, 124 durch die Hydraulikpumpe 116 ausgebildet werden, wobei dieser Fall einem Inaktivitätszustand des Lenksystems zugeordnet ist.
In diesem Fall arbeitet das Lenksystem normal, so dass das Backup-Schaltventil 128 von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung angesteuert wurde und so in die Durchlassstellung geschaltet ist.
Der Inaktivitätszustand ist derjenige Zustand, wenn das Lenksystem inaktiv ist, d.h. wenn entweder das Nutzfahrzeug aktuell nicht in Bewegung ist oder das Nutzfahrzeug in Bewegung ist und zeitlich zukünftig keine Lenkunterstützung erforderlich ist.
Mit anderen Worten ist eine zukünftige Lenkunterstützung (und damit keine Bedruckung des Lenkgetriebes 102) des Lenksystems mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit nicht zu erwarten. In diesem Zustand kann die weitere Funktionsbelegung der zweiten Baugruppe 108 in Form der Filterung des Hydrauliköls vorteilhaft ausgenutzt werden.
Denn die Hydraulikpumpe 116 muss quasi dauerhaft in Betrieb sein, so dass der Fahrer ein gewisses Lenkwiderstandsgefühl spürt und weil die Lenkkraftunterstützung nur bei bereits betriebener Hydraulikpumpe schnell genug erzeugbar ist.
Demnach kann der Pumpbetrieb im Inaktivitätszustand so ausgenutzt werden, dass die Hydraulikpumpe 116 einen der beiden Arbeitsräume 122, 124 so bedruckt, dass die Bedruckung unter einem Druckschwellwert liegen muss, der also keine tatsächliche Lenkunterstützung einleitet (was durch die Systemträgheiten und Reibung möglich ist).
Da das Filterelement in der Backup-Baugruppe angeordnet ist, kann so sehr energieeffizient das Hydraul liköl gefiltert werden.
Falls im ersten Arbeitsraum 122 ein größerer Druck als im zweiten Arbeitsraum 124 herrscht, ergibt sich davon ausgehend in der zweiten Baugruppe 108 folgender Strömungspfad bzw. eine Hydrauliköl-Strömung durch die folgenden Bauteile:
- erste weitere Leitung 130 (ggf. Hydraulikfilter in dieser Leitung);
- Außenknoten 140, der die Brückenschaltung 134 und weitere erste Leitung 130 verbindet;
- in Strömungsrichtung durchlässiger Außenzweig 136 (durch Rückschlagventil- Anordnung eindeutig festgelegt);
- Brückenzweig 138 mit Hydraulikfilterelement 126 und Backup-Schaltventil 128,
- weiterer in Strömungsrichtung durchlässiger Außenzweig 136, der den Brückenzweig 138 mit dem der weiteren zweiten Leitung 132 verbundenen Außenknoten 140 verbindet;
- weitere zweite Leitung 132; und
- zweiter Arbeitsraum 124. Falls im zweiten Arbeitsraum 124 ein größerer Druck als im ersten Arbeitsraum 122 herrscht, ergibt sich davon ausgehend in der zweiten Baugruppe folgender Strömungspfad bzw. eine Hydrauliköl-Strömung durch die folgenden Bauteile:
- weitere zweite Leitung 132 (ggf. Hydraulikfilter in dieser Leitung);
- Außenknoten 140, der die Brückenschaltung 134 und weitere zweite Leitung 132 verbindet;
- in Strömungsrichtung durchlässiger Außenzweig 136 (durch Rückschlagventil- Anordnung eindeutig festgelegt);
- Brückenzweig 138 mit Hydraulikfilterelement 126 und Backup-Schaltventil 128;
- weiterer in Strömungsrichtung durchlässiger Außenzweig 136, der den Brückenzweig 138 mit dem der weiteren ersten Leitung 130 verbundenen Außenknoten 140 verbindet;
- weitere erste Leitung 130; und
- erster Arbeitsraum 122.
Diese beiden zuvor beschriebenen Strömungspfade ermöglichen die Reinigung des Hydrauliköls über das Hydraulikfilterelement 126, welches das Hauptfilterelement ist.
Insofern kann das Hydrauliköl in dem Inaktivitätszustand des Lenksystems 100 sehr effizient gereinigt werden, da die hierzu benötigten Drücke viel kleiner sind als für eine Lenkunterstützung benötigt und hierzu keine weiteren Pumpen oder Ventile nötig sind.
Diese Drücke zur Filterung dürfen nicht dazu führen, dass der Lenkgetriebe-Kolben derart betätigt wird, dass dies eine tatsächliche Lenkbewegung auslösen würde, so dass die Drücke unter einer Druck-Schwelle bleiben müssen.
Jedoch ist aufgrund von Reibung und Trägheiten im Lenksystem eine Reinigung unterhalb dieser zuvor beschriebenen Schwelle durchaus möglich, so dass bei zukünftig zu erwartender Inaktivität des Lenksystems 100 eine Reinigung über das Hydraulikfilterelement 126 sehr effizient möglich ist. BEZUGSZEICHENLISTE
100 elektrohydraulisches Lenksystem
102 Lenkgetriebe, insbesondere Spindellenkgetriebe
104 Lenkgetriebe-Gehäuse
106 erste hydraulische, insbesondere elektrohydraulische, Baugruppe
108 zweite hydraulische, insbesondere elektrohydraulische, Baugruppe
110 erster Gehäuseblock
112 zweiter Gehäuseblock
114 elektronische Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
116 Hydraulikpumpe
118 erste Leitung
120 zweite Leitung
122 erster Arbeitsraum
124 zweiter Arbeitsraum
126 Hydraulikfilterelement
128 Backup-Schaltventil
130 weitere erste Leitung
132 weitere zweite Leitung
134 Brückenschaltung
136 Außenzweig
138 Brückenzweig
140 Außenknoten
142 Rückschlagventil
144 Drucksensor
146 Filter-Rückschlagventil
M Elektromotor

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Elektrohydraulisches Lenksystem (100) für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, aufweisend:
- wenigstens ein Lenkgetriebe (102), insbesondere Spindellenkgetriebe, mit wenigstens einem Lenkgetriebe-Gehäuse (104);
- wenigstens eine erste hydraulische, insbesondere elektrohydraulische, Baugruppe (106), welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse (104) befestigbar ist; und
- wenigstens eine zweite hydraulische, insbesondere elektrohydraulische; Baugruppe (108), welche an dem Lenkgetriebe-Gehäuse (104) befestigbar ist; wobei ein oder mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe (106) wenigstens teilweise in einen ersten Gehäuseblock (110) integriert ist oder sind und wobei ein oder mehrere Bauteile der zweiten hydraulischen Baugruppe (108) wenigstens teilweise in einen zweiten Gehäuseblock (112) integriert ist oder sind oder wobei ein oder mehrere Bauteile der ersten hydraulischen Baugruppe (106) und der zweiten hydraulischen Baugruppe (108) wenigstens teilweise in einen gemeinsamen Gehäuseblock integriert sind.
2. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Gehäuseblock den ersten Gehäuseblock (110) und den zweiten Gehäuseblock (112) aufweist.
3. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hydraulische Baugruppe (106) wenigstens eine Hydraulikpumpe (116) und wenigstens einem Elektromotor (M) zum Antrieb der Hydraulikpumpe (116) aufweist, durch die das Lenkgetriebe (102) mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist.
4. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hydraulische Baugruppe (106) wenigstens eine erste Leitung (118) aufweist, die mit wenigstens einem ersten Arbeitsraum (122) des Lenkgetriebe-Gehäuses (104) verbunden ist und durch die der erste Arbeitsraum (122) mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist und wobei die erste hydraulische Baugruppe (106) wenigstens eine zweite Leitung (120) aufweist, welche mit wenigstens einem zweiten Arbeitsraum (124) des Lenkgetriebe-Gehäuses (104) verbunden ist und durch welche der zweite Arbeitsraum (124) mit Hydraulikfluid versorgbar und/oder steuerbar ist.
5. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (116) als bidirektionale Hydraulikpumpe mit einer ersten und zweiten Förderrichtung ausgebildet ist und mit der ersten Leitung (118) und mit der zweiten Leitung (120) verbunden ist, wobei die Hydraulikpumpe (116) eingerichtet ist, die erste Leitung (118) gemäß der ersten Förderrichtung zu bedrucken und die zweite Leitung (120) gemäß der zweiten Förderrichtung zu bedrucken.
6. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite hydraulische Baugruppe (108) als Backup-Baugruppe ausgebildet ist und in wenigstens einem Fehlerzustand und/oder in wenigstens einem Inaktivitätszustand des Lenksystems (100) mit dem Lenkgetriebe (102) verbunden ist.
7. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite hydraulische Baugruppe (108) wenigstens ein Hydraulikfilterelement (126) und wenigstens ein Backup-Schaltventil (128) aufweist.
8. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfilterelement (126) und das Backup-Schaltventil (128) eine Reihenschaltung ausbilden.
9. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite hydraulische Baugruppe (108) wenigstens eine weitere erste Leitung (130) und wenigstens eine weitere zweite Leitung (132) aufweist, wobei die weitere erste Leitung (130) mit dem ersten Arbeitsraum (122) des Lenkgetriebe-Gehäuses (104) verbunden ist und wobei die weitere zweite Leitung (132) mit dem zweiten Arbeitsraum (124) des Lenkgetriebe-Gehäuses (104) verbunden ist.
10. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Backup-Schaltventil (128) in dem Inaktivitätszustand und/oder Fehlerzustand in Durchlassstellung geschaltet ist, so dass der erste Arbeitsraum (122) und der zweite Arbeitsraum (124) wenigstens über die weitere erste und weitere zweite Leitung (130, 132) sowie über das Hydraulikfilterelement (126) und das Backup-Schaltventil (128) verbunden sind.
11. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Backup-Schaltventil (128) als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist und wenigstens ein Schaltstößel und wenigstens eine Magnetspule zur Betätigung des Schaltstößels aufweist, wobei eine Veränderung der Schaltstellung des Schaltstößels eine induzierte Spannung in der Magnetspule auslöst.
12. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite hydraulische Baugruppe (108) wenigstens eine Brückenschaltung (134) aufweist, die vier Außenzweige (136) und einen Brückenzweig (138) aufweist, wobei die vier Außenzweige (136) über vier Außenknoten (140) miteinander verbunden sind.
13. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenzweig (138) durch die Reihenschaltung umfassend das Hydraulikfilterelement (126) und das Backup-Schaltventil (128) ausgebildet ist.
14. Elektrohydraulisches Lenksystem (100) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (134) mittels zweiter Außenknoten (140) mit der weiteren ersten
Leitung (130) und der weiteren zweiten Leitung (132) verbunden ist und wobei der Brückenzweig (138) mit zwei weiteren Außenknoten (140) verbunden ist.
15. Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit wenigstens einem elektrohydraulischen Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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