WO1992000215A1

WO1992000215A1 - Servolenkung für fahrzeuge

Info

Publication number: WO1992000215A1
Application number: PCT/DE1991/000474
Authority: WO
Inventors: Hans-Peter Miller; Peter Ahner; Siegfried Schustek; Heiner Fees; Frank Frister
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1992-01-09
Also published as: CS191191A3; DE4040003A1

Abstract

Bei einer Servolenkung für Fahrzeuge wird vorgeschlagen, ein elektrisches Steuergerät (12) vorzusehen, dem von einem Drehmomentsensor (17') im Lenkungsbereich mindestens die vom Fahrer realisierte Momenteneinleitung sowie gegebenenfalls ein Differenzdruck-Ausgangssignal (12C) zugeführt ist und welches einen eine Hydraulikpumpe (13') antreibenden Elektromotor (11') ansteuert. Die Hydraulikpumpe ist über zwei Druckleitungen mit einem hydraulischen Steller im Lenkungsbereich verbunden. Hierdurch gelingt es, im Lenkungsbereich spielfrei und schlupfbehaftet zu arbeiten und eine feinfühlige elektrische Steuerung der Servowirkung zu realisieren, mit der Möglichkeit eines hydraulischen Kurzschlusses zwischen den beiden hydraulischen Druckleitungen zum Steller zur Erzielung einer variablen Dämpfung und/oder Abtrennung des hydraulischen Lenkungsbereichs vom Antriebsteil.

Description

Servolenkung für Fahrzeuge

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Servolenkung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind eine Vielzahl von Ausfuhrungsformen von Servo¬ lenkungen oder Fahrzeuglenkungen mit Lenkhilfen be¬ kannt, die mit motorischer Lenkkraftunterstützung arbeiten und hierdurch wesentlich, zur Verbesserung des Fahrkomforts beitragen. Servolenkungen können mit allen möglichen Lenkungsarten bei Fahrzeuglenkungen wie z.B. Zahnstangenlenkung, Schnec^enlenkung, Spin¬ dellenkung oder Kugelumlauflenkung ealisiert werden.

Servolenkungen auf hydraulischer Basis arbeiten zu¬ meist mit einer eigenen, ständig arbeitenden Förder¬ pumpe, die. vom Antriebsmotor des Kraf fahrzeugs permanent angetrieben wird. Die unter Druck stehende Hydraulik¬ flüssigkeit verrichtet ihre Arbeit dann an einer Kolbenfläche im Lenkgetriebe, beispielsweise indem der Druck symmetrisch auf die Seiten eines Arbeitszylinders verteilt wird. Dabei kann ein vo Fahrer eingeleitetes Lenkmoment einen Stab tordie- ren, wodurch die Öffnung von Steuerschlitzen bewirkt wird, die den unterstützenden Hydraulikdruck auf die jeweilige Kolbenseite lenken. Diese beim Lenken entstehende Druckdifferenz ergibt also eine proportionale Kraft auf den Servokolben.

Bekannt sind ferner elektrisch unterstützte Servolen¬ kungen (SAE-Paper 851 639), die über einen Sensorbe¬ reich verfügen, der die Momenteneinleitung durch den Fahrer eines Kraftfahrzeugs an der Lenksäule infolge Betätigen des Lenkrads erfaßt. Dies geschieht üblicherweise ebenfalls mittels einer Torsionseinrich¬ tung, wodurch dann letztendlich ein Elektroservomotor entsprechend der gewünschten Drehrichtung angesteuert wird. Dieser unterstützt dann über ein geeignetes mechanisches Untersetzungsgetriebe direkt die vom Fahrer eingeleitete Drehbewegung der Lenksäule und damit die Radverstellung in der gewünschten Drehrich¬ tung des Fahrzeugs. Die elektrische Grundkonzeption einer solchen Servolenkung ermöglicht den gesteuerten Eingriff bei der Stromzuführung zum Servomotor, so daß sich bei der Auslegung der Servolenkung eine Vielzahl von Variablen anbieten, um die Servowirkung in gewünschter Weise zu beeinflussen. Besonders eignen sich solche elektromotorischen Servolenkungen als Lenkhilfen für den Parkiergeschwindigkeitsbereich, da sie kostengünstig sind und als Park-Servo ganz allgemein Vorteile hinsichtlich der Handhabbarkeit eines mit einer solchen elektromotorischen Lenkhilfe ausgestatteten Fahrzeugs aufweisen.

Bei Einsatz solcher elektromotorischen Lenkhilfen ist es andererseits aber erforderlich, bestimmte Einrichtungen oder Trennsysteme vorzusehen, die bei Ausfall oder Störungen im elektrischen System oder bei den mechanischen Komponenten der elektromotori¬ schen Servolenkung eine Lenkbetätigung unter allen Umständen möglich machen, also den Servobereich von der manuell beeinflußbaren Lenkung abkoppeln, bei¬ spielsweise in Form von vergleichsweise groß bauenden, elektrisch schaltbaren Trennkupplungen oder auch Freiläufen.

Eine solche Trennkupplung bzw. ein Freilauf ist auch dann notwendig, wenn die elektromotorisch unterstütz¬ ten Lenkhilfen lediglich als Park-Servo bei Parkiεr- geschwindigkeit eingesetzt werden sollen, um also das Einparken zu erleichtern, was gleichzeitig bedeu¬ tet, daß sie auch nur bei Geschwindigkeiten unterhalb einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit, die beispiels¬ weise bei 25 km/h liegen kann, zum Einsatz kommen.

Der ^' rfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahr- zeugienkung mit hinsichtlich Komfort, Dynamik und fahrdynamischer Sicherheit gegenüber den herkömmlichen Servolenkungen verbesserten Eigenschaften darzustellen, die dennoch kostengünstig und einfach aufgebaut ist 4 -

und in der Lage ist, eine Dämpfung in der Lenkung sicherzustellen, daß ein Aufschaukeln des Fahrzeugs bei allen vorkommenden, hauptsächlich hohen Geschwindigkeiten verhindert ist.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen¬ den Merkmalen des Anspruchs 1 und hat den Vorteil, daß gemäß der Erfindung zwar der Wirkungseingriff im Bereich der Spurstange bzw. Lenksäule hydraulisch spielfrei erfolgt, andererseits aber durch eine mögli¬ che elektronische Gewinnung und Verarbeitung der jeweiligen Steuer- und Ausgangssignale universellen Ansprüchen, auch hinsichtlich Feinsteuerung der zu erzielenden Wirkungen gerecht wird, so daß die Erfin¬ dung aus den Vorteilen beider bisher bekannten Servo¬ lenkungs-Grundkonzeptionen, nämlich der hydrauli¬ schen Servolenkung sowie der elektro echanischen Servolenkung ein optimales Funktionsergebnis erzielt, andererseits aber die diesen bekannten Lenkungen innewohnenden Nachteile sicher vermeidet.

Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen hydrauli¬ schen Servolenksystemen besteht ferner darin, daß die erfindungsgemäße elektrohydraulische Servolenkung über keine verschmutzungsanfälligen Ventile und Spalte verfügt, die den Druckölstrom zu den Arbeitsflächen steuern. Hydraulische Servolenksysteme herkömmlicher Art verfügen über einen umlaufenden ölstrom, der bei dem vorliegenden elektrohydraulischen Aggregat entfällt .

Hieraus ergeben sich nicht nur Vorteile bezüglich des Wirkungsgrads, sondern es wird auch nur eine geringe ölmenge benötigt. Dies führt folgerichtig dazu, daß auch nur eine geringere ölsäule beschleunigt werden muß, im Vergleich zu den bekannten Speicherlenk- systemen.

Günstig ist ferner, daß durch eine entsprechende Motoransteuerung die hydraulische Pumpe reversibel durch den antreibenden Elektromotor das Anlenkverhalten insbe¬ sondere gegenüber Speicherservolenksystemen wesent¬ lich verbessert werden kann.

Aufgrund der Komplettaggregatausführung bei vorliegen¬ der Erfindung, bei der sich der Handmomentse^.sor am Getriebeeingang befindet und das Pumpaggr^gat direkt auf dem Zahnstangen- bzw. Kugelumlenk-Getriebe angeordnet werden kann, entfällt ein sonst erforder¬ licher aufwendiger Verrohrungsaufbau. Durch die geringe Anzahl der Verschraubungen reduziert sich auch die Gefahr von Leckagen.

Das erfindungsgemäße Komplettaggregat stellt ein in sich geschslossenes System dar und kann vor Einbau in ein Kraftfahrzeug geprüft werden. Dabei ist es möglich, aufgrund der hohen Energiedichte hydrauli¬ scher Systeme die erfindungsgemäße elektrohydraulische Servolenkung problemlos durch Anpassung der Pumpen¬ leistung an Fahrzeuge mit verschiedenen Vorderachsla¬ sten und somit an verschiedene Lenkkräfte anzupassen. Das Steuerungsteil des erfindungsgemäßen elektrohydrau- lischen Komplettaggregats kann dem einer Elektroser- volenkung entsprechen, mit dem wesentlichen Unter¬ schied, daß bei einer Elektroservolenkung das erfor¬ derliche mechanische Übersetzungsgetriebe nicht spiel¬ frei und auch nicht verschleißfrei arbeiten kann, im Gegensatz zu einem elektrohydraulischen Getriebe wie bei vorliegender Erfindung, welches spielfrei arbeitet, aber in vorteilhafter Weise schlupfbehaf¬ tet ist, wodurch nicht nur der Komfort und die fahrdynaπische Sicherheit gegenüber herkömmlichen Servolenkungen verbessert wird, sondern beispielsweise auch die Lamellen des antreibenden Elektromotors vor schädli¬ cher örtlicher Überhitzung und Verschleiß geschützt werden.

Schließlich gelingt es bei vorliegender Erfindung auch, die sonst nicht zu vermeidende Momentenwellig- keit sowohl des Antriebsmotors als auch des Getrie¬ bes bei einer üblichen Elektroservolenkung, die zu Schwankungen des Unterstützungsmomentes führt, zu vermeiden, da eventuell auftretende Schwankungen bei dem bei vorliegender Erfindung verwendeten elektro¬ hydraulischen Aggregat, bedingt durch Pumpenpulsation, mittels Miniaturdruckausgleichbehältern geglättet werden können.

Ein weiterer besonderer Vorteil vorliegender Erfin¬ dung besteht darin, daß die Trennung der Servolenkung vom antreibenden Elektromotor durch einen einfachen hydraulischen Bypaß zwischen den beiden Anschlüs¬ sen des hydraulischen Stellers, jedoch mittels eines elektrisch betätigbaren Ventils entsprechenden Quer¬ schnitts realisiert werden kann, wodurch einerseits eine freie Beweglichkeit von Zylinder, Lenkrad und Spurstange auch dann sichergestellt ist, wenn der Elektromotor bzw. die von ihm angetriebene Hydraulik¬ pumpe blockieren sollten, andererseits aber, ebenfalls durch dieses eine elektrisch betätigbare, hydrauli¬ sche Bypaßventil eine definierte Dämpfung einge¬ führt werden kann, die die fahrdynamische Stabilität sicherstellt. Dabei kann die Dämpfung der rückwirken¬ den Lenkungskräft^ .ber ein Drosselventil erfolgen oder über entspr ende Pulsationen des soeben er¬ wähnten elektrisun betätigbaren Sicherheitsventils, welches zwischen die beiden Ausgangsanschlüsse der Pumpe geschaltet ist. Schließlich läßt sich auf diese Weise auch das gesamte Lenkhilfesystem oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit, falls gewünscht, passi- vieren, um elektrische Energie zu sparen oder, ir"be¬ sondere in Verbindung mit kleineren Lenkausschlägen, überhaupt jede Lenkhilfe auszuschließen, was bei¬ spielsweise bei Spurwechseln auf Autobahnen bei hoher Geschwindigkeit durchaus erwünscht ist, wodurch sich ein erheblicher Beitrag zur fahrdynamischen Sicher¬ heit ergibt.

Die Erfindung stellt sicher, daß selbst bei einem starken Lenkwinkelimpuls mit anschließend freiem Lenkrad das Fahrzeug in der ' ?e ist, lediglich eine möglichst schnell abklingende Schwingung auszufüh¬ ren, ohne daß ein Aufschaukeln erfolgt.

Vorteilhaft ist ferner, daß durch den hydraulischen 8 -

Steller in Form eines Hydraulikzylinders, eines auf die Lenksäule direkt arbeitenden Hydraulikmotorε oder eines sonstigen, im Lenkgetriebe angeordneten hydraulischen Stellers die Lenkung,wie erwähnt, spiel¬ frei arbeitet und dennoch sichergestellt ist, daß die Vorteile der elektrischen Auswertung eingehender Signale und der entsprechenden elektrischen Ansteue- rung zum krafterzeugenden Teil feinfühlig und beson¬ ders präzise vorgenommen werden können.

durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah¬ men sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vor¬ teilhaft ist die zusätzliche Anordnung eines Kraft¬ sensors etwa im Bereich der Spurstange, wodurch die eingebrachte Servokraft erfaßt werden kann. Auch das Ausgangssignal gerade dieses Kraftsensors zusätz¬ lich zu einem elektrischen Drehmomentsensor in der Lenksäule gelangt zum Steuergerät und wird wie die Momentensignale sowie eventuell weitere vorgesehene Sensorsignale (Lenkwinkel und Drehzahl des antrei¬ benden Elektromotors) im Sinne einer Regelung verar¬ beitet, so daß dem Leistungsteil im Steuergerät, welches den Elektromotor ansteuert, ein Stromsoilwert zur Verfügung gestellt werden kann, nach dem sich die Ansteuerung des Elektromotors im Istwert dann richtet.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfol¬ genden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert eine erste den prinzipiellen Grundaufbau angebende Ausfuhrungsform einer elektrohydraulischen Servolenkung mit auf die Lenksäule arbeitendem Hydraulikmotor;

Fig. 2 eine mit der Darstellung der Fig. 1 vergleich¬ bare Ausfuhrungsform einer elektrohydrauli¬ schen Servolenkung, bei der das Kraftwirkungε- teil in Form eines Hydraulikzylinders unmittel¬ bar auf die Spurstange arbeitet, und

Fig. 3 eine dritte Variante einer elektrohydrauli¬ schen Servolenkung mit einem hydraulischen Steller im Bereich des Lenkgetriebes und

Fig. 4 in einer detaillierteren Darstellung die Aus- führungsform einer elektrohydraulischen Servo¬ lenkung mit zusätzlichem Differenzdrucksensor und weiteren, das Komplettaggregat ergänzenden Schaltungs- und Arbeitskomponenten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, Grundprinzipien einer hydraulischen und einer elektro- mechanischen Servolenkung so zu kombinieren, daß im Sensorbereich bis zur Feins*-^uerung eines eine Hydraulikpumpe antreibenden Elektromotors elektrisch/ elektronisch gearbeitet wird, während die Kraftbeauf¬ schlagung im Lenksäulen/Spurstangenbereich über hydrau¬ lische Steller erfolgt, die mit einem von dem antreiben-

- lü ¬

den Elektromotor mitbestimmten hydraulischen Druck beaufschlagt werden.

Dabei greift die elektrische Steuerung mit Vorteil noch im Bereich der symmetrischen Druckzuführung zum hydraulischen Steller ein, durch Beaufschlagung eines elektromagnetischen, also elektrisch ansteuerbaren 2/2-Wegeventils, welches bevorzugt als Proportional¬ ventil ausgebildet ist, so daß gleichzeitig auch je¬ weils gewünschte Dämpfungseigenschaften im hydrauli¬ schen Stellerbereich vorgegeben werden können.

In den nachfolgenden Figuren sind gleiche und gleich¬ wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen; die in Fig. 1 gezeigte Servolenkung 10 umfaßt einen Elektromotor 11, der von einem elektrischen/elektroni¬ schen Steuergerät 12 angesteuert ist und eine Hydrau¬ likpumpe 13 je nach gewünschter Wirkungsrichtung an¬ treibt. Dabei sind beide Drehrichtungen des Elektromo¬ tors und damit auch der Hydraulikpumpe möglich, so daß diese einem im Bereich der Lenkung angeordneten Hydraulikmotor 14 entweder auf einer ersten hydrauli¬ schen Druckleitung 15a oder auf einer zweiten hydrau¬ lischen Druckleitung 15b ein geeignetes hydraulisches Druckmittel zuführt, so daß der den von der Pumpe ge¬ lieferten Druck in Drehmoment umwandelnde Hydraulikmo¬ tor entweder eine Links- oder Rechts-Drehbewegung aus¬ führt. Das von dem Hydraulikmotor erzeugte Drehmoment wirkt dabei direkt auf die Lenksäule 16.

Bei Lenkbewegung wird im Hydraulikmotor ein Differenz- druck erzeugt, der durch den Differenzdrucksensor (27) gemessen wird und als Steuersignal für den Motor dient. Im Bereich der Lenksäule sind geeignete Drehmomentsen¬ soren angeordnet - in den Figuren 2 und 3 mit 17 be¬ zeichnet. Ein solcher Drehmomentsensor ist für sich gesehen bekannt und kann beispielsweise durch einen Torsionsstabbereich in der Lenksäule realisiert wer¬ den, so daß sich hier eine Relativverdrehung ergibt, die über geeignete, auch mechanische Systeme erfaßt und in ein elektrisches, proportionales Signal umge¬ setzt werden kann. Als einfachstes Beispiel kann durch die relative Verdrehung der Lenksäule im Torsionsstab¬ bereich ein Potentiometer angetrieben werden, welches ein entsprechend der Momenteneinleitung durch den Fahrer proportionales Signal erzeugt und dem elektrischen Steuergerät 12 zuführt.

Es ist ferner vorgesehen, zusätzlich zu dem von dem Fahrer eingespeisten Drehmoment das Summenmoment mit¬ tels geeigneter Drehmomentsensoren zu messen. Das Sum¬ menmoment bildet sich durch die Addition von Lenkmo¬ ment plus dem im Servobereich erzeugten Servomoment.

Im Steuergerät 12 können verschiedene Unterstutzungs- kennlinien hinterlegt werden. Somit kann je nach Fahrerwunsch eine Servounterstützung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit 12b realisiert wer¬ den.

Das Steuergerät 12 verarbeitet die zugeführten Momentensignale und F rzeuggeschwindigkeitssignale sowie gegebenenfalls weitere Sensorsignale zu einer Istwertgröße für die Ansteuerung des Elektro- - 12 -

motors 11, beispielsweise einen Stromsollwert, der einem im Steuergerät 12 angeordneten, nicht weiter dargestellten Leistungsteil zugeführt wird, der dann in entsprechender Weise nach Istwert/Sollwertvergleich den die Hydraulikpumpe 13 antreibenden Elektromotor 11 bestro t.

Durch den Einsatz eines hydraulischen Getriebes im Lenkungsbereich ist sichergestellt, daß sich ein spielfreies System ergibt, welches sich darüber hinaus auch noch in einfacher Weise vom elektrischen Bereich, also.vom antreibenden Elektromotor trennen läßt. Hierzu ist es in einer Ausgestaltung vorliegender Erfindung möglich, zwischen den beiden hydraulischen Druckleitungen 15a, 15b eine hydraulische Bypaß- Querleitung 18 einzuführen, so daß zwischen den beiden Anschlüssen des hydraulischen Stellers in Form eines Hydraulikmotors 14 ein Kurzschluß hergestellt werden kann, und zwar je nach Querschnittfreigabe durch ein elektrisch betätigtes Ventil 19.

Dadurch kann der Hydraulikmotor bzw. der hydraulische Steller frei durchdrehen, auch wenn der Elektromotor 11 bzw. die von ihm angetriebene Pumpe blockiert sein sollten.

Vorteilhaft ist ferner, daß sich über den Querschnitt des hydraulischen Kurzschlusses in der Querleitung 18 ergänzend eine definierte Dämpfung einführen läßt, die für die fahrdynamische Stabilität im Lenkungsbe¬ reich sorgt. Vergleicht man dies mit einer elektromotorischen Servolenkung, bei der das inaktive bzw. abgeschaltete System seine Dämpfung nur aufgrund der Massenträgheit des Rotors des Elektromotors, übersetzt durch das Getriebe erfährt, so ist es im Gegensatz hierzu bei vorliegender Erfindung möglich, je nach Ansteuerung des elektrischen Ventils, vorzugsweise Proportional¬ magnetventil in 2/2-Wegeausführung eine Variation der Dämpfung einzuführen, ohne die Eigenschaften des aktiven Systems zu beeinflussen.

Als weitere, dem Steuergerät 12 zugeführte Sensor¬ signale können beispielsweise Lenkwinkel und Drehzahl des Elektromotors dienen; es ist aber auch möglich, hier noch weitere, in der Praxis auftretende Betriebs- Parameter des mit einer solchen Servolenkung ausge¬ statteten Fahrzeugs einzuführen wie momentane Ge¬ schwindigkeit, Gierwinkel, gegebenenfalls auch Stra¬ ßenzustand u. dgl., so daß es in einfacher Weise und in Ergänzung zu den sich derzeit stärker entwickeln¬ den aktiven Dämpferbeeinflussungen auch möglich ist, auf der Lenkungsseite durch die Elektronik ergänzende Signale zu verarbeiten und einzubeziehen und eine Gesamtregelung des Fahrverhaltens unter Berücksichti¬ gung der jeweils anderen Komponenten vorzunehmen.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von der Servolenkung der Fig. 1 lediglich dadurch, daß anstelle eines Hydraulikmotors ein Hydraulikzy¬ linder 14' vorgesehen ist, der von der Hydraulikpumpe 13 angetrieben wird und der ebenfalls in beiden Ar¬ beitsrichtungen den von der Hydraulikpumpe 13 erzeug- ten Druck in Kraft umsetzt, die hier vorzugsweise direkt auf die Spurstange 20 einwirkt. In Fig.2 er¬ kennt man auch einen Spurstangen-Kraftsensor 21, der die in die Spurstange eingebrachte Servokraft in dieser erfaßt und dem Steuergerät 12 zuführt.

Schließlich umfaßt die Servolenkung 10" entsprechend Fig. 3 einen unmittelbar im Lenkgetriebe 22 angeordne¬ ten hydraulischen Steller in Form eines geeigneten Hydraulikzylinders. Auch hier wirkt die erzeugte hydraulische Kraft direkt auf die Spurstange, wobei der Hydraulikzylinder wie bei hydraulischen Servo¬ lenkungen an sich üblich, in dem Lenkgetriebe 22 integriert ist.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zeigt in größerem Detail ein Komplettaggregat einer elektrohydrauli¬ schen Servolenkung, wobei gleiche Teile wie bei den Figuren 1, 2 und 3 gleiche Bezugszeichen tragen und diesen gegenüber durch einen Beistrich oben unter¬ schieden sind.

Das elektronische Steuergerät 12' , welches mit Vorteil und zur schnellen sicheren Verarbeitung eingehender Signale einen Mikroprozessor, Kleinrechner o.dgl. enthalten kann, steuert über einen Leistungsteii 25 den reversiblen Elektromotor 11' des elektro¬ hydraulischen Druckerzeugungsaggregats an, wozu dem Elektromotor 11' eine hydraulische Pumpe 13' nachge¬ schaltet ist, deren beide Ausgangsdruckanschlüsse 13a, 13b zur Zuführung des erzeugten Arbeitsdrucks über kurze Rohrverbindungsleitungen 26a, 26b mit den zugeordneten Folbenflachen des hydraulischen Stellers und insofern auch herkömmlicher Servolenk- systeme (Kugelumlauf-, Zahnstangenlenkung) verbunden sind. Das hydraulische Stelleraggregat 14' bei der Ausführungsform der Fig. 4 umfaßt eine Zahnstange mit Hydrokolben.

Zwischen die beiden Ausgangsdruckleitungen 26a, 26b ist ein Differenzdrucksensor 27 geschaltet, dessen Ausgangssignal über eine weitere Signalleitung 12c zum elektronischen Steuergerät 12' gelangt und der Ermittlung der Unterstützungskraft (Druck) dient, wo¬ bei der Differenzdrucksensor gleichzeitig auch rück¬ wirkende Kräfte (Drücke) von der Straße auf die Len¬ kung erfaßt.

Sein Sensorsignal wird zusammen mit dem auf der Steuerleitung 12a liegenden Fahrerwunsch nach Unter¬ stützungskennlinie im Steuergerät 12' eingelesen und mit dem über die Leitung 12b zugeführten Aus- gangssignal des schon erwähnten Handmomentsensors 17' und dem über die Anschlußleitung 12e zugeführten Aus¬ gangssignal eines Lenkradstellungssensors 28 verar¬ beitet.

Entsprechende, aus diesen Eingangssignalen erarbeitete Ansteuersignale gelangen von einem Steuerteil 29, welches auch mit einer zusätzlichen Sicherheits¬ und Selbstüberwachungsschaltung 30 korrespondiert, als Sicherheitsausgangssignal über die Verbindungslei¬ tung 12f zum elektromagnetischen Sicherheitsventil 19' sowie als schon erwähntes, sein Vorzeichen umkeh- - 16 -

rendes Stromsignal über die Verbindungsleitung 12g zum Elektromotor 11' .

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das elektromagnetische Sicherheitsventil 19' als 2/3-Wegeventil ausgebildet und kann aus der in der Fig. 4 dargestellten Kurzschlußposition für die Ausgangsdruckanschlüsse der Pumpe 13' in eine Sperr¬ position sowie ergänzend in eine Drosselposition umgeschaltet werden, wodurch sich jeweils spezielle Wirkungen erzielen lassen. Wie weiter vorn schon mit Bezug auf das gleichwirkende elektrisch betätigte .Ventil 19 erwähnt, dient die Durchlaßposition des elektromagne¬ tischen Ventils der Herstellung eines Bypaß, so daß sich von der hydraulischen Seite her die sofor¬ tige Passivierungsmöglichkeit für die elektrohydrau- lische Servolenkung ergibt. Eine Dämpfung rückwirken¬ der Lenkungskräfte kann über die Drosselposition des elektromagnetischen Ventils erfolgen oder durch entsprechend schnelle, also pulsierende Ansteuerungen, bei welchen das elektromagnetische Ventil schnell zwischen der Durchlaßposition und der Sperrposition umschaltet.

Vorteilhaft ist ferner die Anordnung von jeweils einem Pulsations-Ausgleichsbehälter 31a, 31b vorzugs¬ weise angrenzend an die Pumpenauslässe 13a, 13b, so daß Wärmedehnungen, Leckverluste und Pumpenpulsa- tionen ausgeglichen werden können. Mit Vorteil handelt es sich hierbei um jeweils einen Miniaturpulsations- Ausgleichsbehälter mit Entlüftung; der Luftabschei¬ der dient dann dazu, das System inkompressibel zu gestalten.

Die durch die Erfindung gewährleisteten, sehr kurzen Leitungsverbindungen ermöglichen wirkungsvoll das Vermeiden von Totzeiten, wie sie bei Speicherlenkungssystemen unvermeidlich sind. Das Ausführungsbeispiel der Fig.4 stellt ein kompakt bauendes Komplettaggregat dar, bei dem das Pumpaggregat aus Elektromotor 11' und Pumpe 13' direkt auf dem Zahnstangen- bzw. Kugelum¬ lauflenkgetriebe angeordnet werden kann, bei dann nur sehr geringem Verrohrungsaufbau. Das elektronische Steuergerät kann an beliebiger Stelle angeordnet werden, so daß es möglich ist, auch vorhandene Len¬ kungen oder hydraulische Servolenksysteme problemlos auf eine elektrohydraulische Servolenkung umzustellen.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprü¬ che und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungs- versuche der Erfindung ohne umfassende Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkende Präjudiz sind. Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander als erfindungs- wesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzu¬ legen sowie den Hauptanspruch auch durch Merkmalsredu¬ zierung zu ändern.

Claims

Patentansprüche

1. Servolenkung für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch a).eine von einem Elektromotor (11) in der ge¬ wünschten Wirkungsrichtung angetriebene Hydrau¬ likpumpe (13); b) ein elektrisches Steuergerät (12), welches den Elektromotor (11) ansteuert und über min¬ destens einen Drehmσmentsensor oder Kraftsensor (17, 21) verfügt, der mindestens das von dem Fahrer in die Lenksäule (16) eingespeiste Lenk¬ moment erfaßt, und c) einen hydraulischen Steller (14, 14'), der mit der Hydraulikpumpe (13) über Verbindungs¬ leitungen (15a, 15b) für jede Drehrichtung verbunden ist und den von dieser aufgebrachten Druck in auf die Lenkung wirkende Kraft umwan¬ delt.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der hydraulische Steller ein Hydraulikmo¬ tor (14) ist, der den von der Hydraulikpumpe (13) gelieferten Druck in ein direkt auf die Lenksäule (16) wirkendes Drehmoment umwandelt.

3. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der hydraulische Steller ein Hydraulikzy¬ linder (14') ist, dessen von ihm erzeugte Kraft direkt auf die Spurstange (20) im Lenkungsbereich einwirkt.

4. Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß der von der Hydraulikpumpe (13) ange¬ steuerte Hydraulikzylinder (14') im Lenkgetriebe (22) integriert ist.

5. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Momenteneinlei¬ tung vom Fahrer erfassende Drehmomentsensor (17) im Bereich der Lenksäule angeordnet ist.

6. Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Drehmomentsensor (17) im Lenksäulenbe¬ reich einen Torsionsstab umfaßt, dessen Relativver¬ drehung nach mechanisch/elektrischer Umwandlung dem Steuergerät (12) zugeführt ist.

7. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftsensor (21) vorgesehen und im Bereich der Spurstange (20) der Lenkung angeordnet ist, der die insgesamt eingebrachte Servokraft erfaßt und zum elektri- s nen/elektronischen Steuergerät (12) zurückführt, dem ergänzend weitere Sensorsignale (Lenkwinkel, Drehzahl des Elektromotors 11, Betriebsparamter des Fahrzeugs) zugeführt sind und welches daraus einen Sollwert als Ansteuergröße für den die Hy- draulikpumpe (13) antreibenden Elektromotor (11) erstellt.

8. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Drehmo¬ mentsensor in der Lenksäule das Summenmoment als Addition von Lenkraoment plus Servomoment bildet und dem Steuergerät (12) zuführt.

9. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des hydrau¬ lischen Stellers ein diesen vom Hydraulikpumpen¬ bereich bzw. Elektromotor abkoppelnder hydrauli¬ scher Kurzschluß vorgesehen ist.

10. Servolenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich¬ net, daß der hydraulische Kurzschluß eine Quer¬ verbindung (18) zwischen den beiden Hydraulikpum¬ pe (13) mit hydraulischem Steller (14, 15') verbin¬ denden Druckleitungen (15a, 15b) ist.

11. Servolenkung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der hydraulischen Eypaß- leitung ein deren Querschnitt veränderndes Ventil angeordnet ist.

12. Servolenkung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Ventil ein vom Steuergerät (12) ange¬ steuertes elektromagnetisches 2/2-Wegeventil ist.

13. Servolenkung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Durchlaßquerschnitt des den hydrauli- sehen Kurzschluß bestimmenden elektromagnetischen Ventils (19) zur variablen Dämpfungseinstellung kontinuierlich proportional verstellbar ist.

14. Servolenkung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das den Querschnitt der hydrau¬ lischen Kurzschlußleitung (18) bestimmende Ventil ein elektromagnetisches Proportionalventil ist.

15. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß demelektronischen Steuergerät

(12') zusätzlich zu einer vom Fahrer gewünschten Unterstüt zungskennlinie, einem Fahrgeschwindigkeitssignal, einem Lenkradstellungssensor-Signal, einem Hand¬ momentsensor-Signal ein Differenzdrucksensor-Signal zugeführt ist zur Ermittlung der vom Aggregat gelieferten Unterstützungskraft und zur gleichzei¬ tigen Erfassung von auf die Lenkung rückwirkenden Druckkräften, mit entsprechender Verarbeitung der Signale im Steuergerät (12') und zur Ansteuerung des Elektromotors sowie des elektromagnetischen Sicherheitsventils (19' ) .

16. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Handmoment¬ sensor (17' ) gelieferte Signal in Verbindung mit im elektronischen Steuergerät (12') gespeicherten Unterstützungskennlinien der Erzeugung des von der hydraulischen Pumpe (13') benötigten Arbeits¬ drucks zur Lenkkraftunterstützung durch entspre¬ chende Ansteuerung des diese antreibenden Elektro¬ motors .(11') verwendet ist.

17. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden Druck¬ ausgangsanschlüsse (13a, 13b) zur hydraulischen KurzSchlußbildung verbindende elektromagnetische Sicherheitsventil (19') ein 2/3-Wegeventil ist mit einer neben der Sperrstellung und der Durch¬ laßstellung eine Drosselwirkung erzeugenden drit¬ ten Ventilposition.

18. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in die hydraulischen Verbindungsleitungen von den Pumpenausgängen (13a, 13b) zu den Kolbenflächen des hydraulischen Servo- lenkungs-Stellers Pulsations-Ausgleichsbehälter (31a, 31b) angeordnet sind.

19. Servolenkung nach Anspruch 18, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Pulsations-Ausgleichsbehälter als Miniaturpulsations-Ausgleichsbehälter mit Entlüftung ausgebildet sind.

20. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das aus antreibendem Elektromotor (11') und Hydraulikpumpe (13') beste¬ hende Hydraulikaggregat zur Erzielung kurzer Druck¬ leitungen direkt auf dem Zahnstangen- bzw. Kugel¬ umlauflenkgetriebe angeordnet ist.