Hydraulische Lenkung mit Druckspeicher und geregelter Pumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Ser- volenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1.
Eine gattungsgemäße hydraulische Servolenkung ist aus der DE 197 33 032 bekannt. Die aus der DE 197 33 032 bekannte und in Fig. 1 dargestellte hydraulische Servo-Lenkung be- nötigt zur Druckversorgung einen zusätzlichen Druckspeicher, welcher in Verbindung mit der elektrischen Ladepumpe und der Druckminderventile die erforderlich-en Arbeitdrücke in den Arbeitsräumen des Stellaggregats einregelt. Bzgl. der Funktion der einzelnen Komponenten sowie der Charakteristik der hydraulischen Lenkung wird auf die DE 197 33 032 verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße hydraulisch Servolenkung dahingehend weiterzuentwik- keln, dass sich eine bessere Lenkcharakteristik ergibt.
Diese Aufgabe wird erfinderisch mit einer hydraulisch Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Erfindungsgedanke zugrunde, dass die das Stellaggregat steuernden Druckminderventile wie- derum durch ein Hydraulikventil gesteuert werden. Hierdurch können die vom Stand der Technik bekannten teuren elektromechanisch arbeitenden Druckminderventils entfallen. Der Volumenstrom zur Ansteuerung der Druckminderventile wird hierbei von dem Hydraulikventil, z.B. einem me- chanischen Drehschieber oder einem Linearschieberventil, erzeugt. Um das Hydraulikventil mit einem konstanten Volumenstrom zu versorgen kann optional ein Strombegrenzungsventil im Zulauf des Hydraulikventils angeordnet werden. Dieser konstante Volumenstrom zur hydraulischen Betätigung des Hydraulikventils ist sehr viel kleiner als der zur Betätigung der Servolenkung benötigte Volumenstrom. Selbst bei Verwendung eines „Open-CenterΛλ-Ventils ist der Energieverbrauch des Systems deutlich geringer als bei einer herkömmlichen „Open-Center"-Lenkung, da der Steuervolumenstrom deutlich reduziert wurde.
Die zu verwendende Pumpe kann eine Servopumpe, eine elektrisch betriebene Pumpe oder aber eine Pumpe mit Kupplung sein, welche bei Bedarf zugeschaltet wird. Vorteilhaft kann eine druckgeregelte Servopumpe, insbesondere eine regelbare Flügelzellenpumpe eingesetzt werden, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad sowie eine hohe Dynamik
auszeichnet. Die Flügelzellenpumpe weist idR einen Hubring in exzentrischer Lage zum Rotor auf. Wird der Rotor mit den Flügeln gedreht, so vergrößern sich zunächst die Förderzellen, es entsteht ein Unterdruck. Das Druck- medium wird über einen Anschluss angesaugt. In der weiteren Drehung verkleinern sich die Förderzellen wieder, wonach das Medium über den Auslaß in die Druckleitung ausgeschoben wird. Erreicht der Druck in der Auslassleitung den am Druckregler vorgegebenen Wert, so wird der Regler- kolben entlastet und die Pumpe regelt ab. Sinkt der Systemdruck wegen größeren Förderstrombedarfs unter den vorgegebenen Druckwert, so wird über den Reglerkolben die Exzentrizität des Hubringes zum Rotor vergrößert, wodurch die Pumpe aufregelt. Im abgeregelten Zustand nimmt die Flügelzellenpumpe lediglich ca. 1/5 ihrer Nennleistung bei maximaler Fördermenge auf, wodurch der Einsatz der regelbaren Flügelzellenpumpe zur vorteilhaften Reduzierung des Energiebedarfs der Lenkung beiträgt.
Durch den Einsatz einer handelsüblichen Pumpe und der hy- draulisch betriebenen Druckminderventile können vorteilhaft die Kosten und die Komplexität des Systems weiter reduziert werden.
Solange bei der erfindungsgemäßen Lenkung keine Lenkunterstützung gefordert wird, liefert die Kombination Pum- pe/Druckspeicher lediglich den Systemdruck, wobei nur ein sehr geringer Volumenstrom zur Leckagekompensation fliest. Hierdurch ist vorteilhaft die Leistungsaufnahme sehr gering. Sobald vom Fahrer eine Lenkunterstützung angefordert wird, werden die Druckminderventile entspre- chend angesteuert, wodurch ein benötigter Druck im jeweiligen Arbeitsraum des Stellaggregates eingeregelt und die
Pumpe gegebenenfalls zum Druckaufbau im Druckspeicher zugeschaltet wird.
Das vorteilhafte Vorsehen eines Servodrosselventils im Rücklauf der Druckminderventile erlaubt eine adaptive Dämpffunktion an unterschiedliche Fahrzustände durch Veränderung des Drosselquerschnitts. Eine Abschaltung dieser optionalen Funktion z.B. bei Tieftemperaturen ist möglich. Von der Fahrbahn erregte Störungen führen an der Zahnstange zu einem linearen Verschiebeweg. Der Kolben verdrängt dabei Öl, welches über die Tankleitung abgeführt wird. Das im Rücklauf angeordnete Servodrosselven- til besitzt eine veränderliche Blende. In Abhängigkeit des Drosselquerschnitts und dem Volumenstrom bildet sich ein Differenzdruck, welcher zu einer Kraft im Zylinder- räum des Stellaggregates führt und der Störung entgegenwirkt. Hierdurch wird das System vorteilhaft gedämpft. Durch Veränderung des Steuerstromes kann der Drosselquerschnitt und damit der Grad der Dämpfung beeinflusst werden.
Zur Verbesserung der Reglungsstrategie und Überwachung des Systemdrucks können mittels optionaler Drucksensoren die Drücke in den Arbeitsräumen überwacht bzw. ermittelt werden. Der Druckaufbau lässt sich so im Gegensatz zur Variante mit gesteuerten Ventilen beschleunigen und ver- bessert das Ansprechverhalten der Lenkung.
Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen mögliche Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: Eine hydraulische Lenkung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkung mit zusätzlichem „open-center" Hydraulikventil;
Fig. 3: eine hydraulischen Lenkung gem. Fig. 2 jedoch mit zusätzlichem „closed-center" Hydraulikventil;
Gemäß Figur 2 besitzt ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug mit nicht näher dargestellten lenkbaren Fahrzeugrädern zu deren Lenkverstellung eine Lenkhandha- be, welche über ein nicht dargestelltes Ritzel mit einer Zahnstange antriebsgekoppelt ist, deren Bewegungen über nicht dargestellte Spurstangen auf die vorgenannten lenkbaren Räder übertragen werden.
Die Zahnstange bildet einen Teil einer Kolbenstange lc eines doppelt wirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder- Aggregates 1, dessen beiden Arbeitsräume la und lb jeweils separat über Antriebsleitungen 2a und 2b mit jeweils einem Druckminderventil 3a und 3b verbunden sind. Dabei handelt es sich jeweils um ein Druckminderventil mit Entlastung, d.h. die Druckminderventile 3a und 3b können die jeweilige Seite des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 einerseits über ein zwischengeschaltetes Rückschlagventil 5 mit der Druckseite einer Pumpe oder mit einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir 6 verbinden. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform könnten die Druckminderventile auch so ausgeführt sein, dass sie in einer dritten Schaltposition die Arbeitsräume sowohl gegenüber der Druckseite der Pumpe 4 als auch gegenüber dem Hydraulikreservoir 6 absperren.
Die Druckminderventile 3a und 3b sind bezüglich ihres Druck-Sollwertes hydraulisch steuerbar, wie weiter unten näher erläutert wird.
Die Pumpe 4 ist saugseitig mit dem Hydraulikreservoir 6 verbunden. Die Pumpe 4 dient zum Aufbau des Systemdrucks im Druckspeicher 22. Die Druckseite der Pumpe 4 ist heir- für mittels eines Rückschlagventils 24 mit dem Druckspeicher 22 in Verbindung. Der Druck im Druckspeicher 22 sowie die Pumpenfunktion werden von der zentralen Steuer- einheit 7 überwacht und gesteuert.
Wird eine Lenkunterstützung benötigt, werden die Druckminderventile 3a und 3b entsprechend von der Steuereinheit 7 angesteuert und geöffnet, damit sich der benötigte Druck in den Arbeitsräumen la und lb des Stellaggregates 1 einstellt. Durch das Öffnen eines der Druckminderventile 3a und 3b beginnt ein Volumenstrom zu fließen, wodurch der Systemdruck kurzzeitig absinkt. Dieser Druckabfall wird zur Steuerung der Pumpe 4 genutzt.
Die Steuereinheit 7 ist eingangsseitig mit einem nicht dargestellten Drehmomentensensor verbunden, welcher die an der Lenkhandhabe aufzubringende Handkraft erfasst. Des weiteren kann die Steuereinheit 7 mit unterschiedlichen zusätzlichen Sensoren verbunden sein, bspw. mit einem Sensor für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges.
Zudem kann die Steuereinheit 7 die Signale optionaler Drucksensoren zur Steuerung der Druckminderventile 3a und 3b verarbeiten. Die zusätzlichen Drucksensoren werden jedoch idR nicht benötigt, da die Druckminderventile 3a und 3b je nach erhaltenem Steuersignale einen definierten Druck zuverlässig in den Arbeitsräumen la und lb einregeln.
Der nach Art eines Schiebers dargestellte Ventilkörper eines Druckminderventils 3a bzw. 3b wird vom hydraulischen Druck in der Anschlussleitung 2a bzw. 2b sowie der Kraft einer ersten Feder F in Richtung der die Anschluss- leitung 2a bzw. 2b mit dem Hydraulikreservoir 6 verbindenden Ventilstellung gedrängt. Eine weitere Kraft wird durch den Druck in der hydraulischen Steuerleitung 17a bzw. 17b über das Hydraulikventil 16 erzeugt. Diese Kraft wirkt entgegengesetzt zur Federkraft der Feder F und sucht den Ventilkörper in dessen die Anschlussleitung mit dem Druckspeichers verbindende Stellung zu drängen. Im Ergebnis wird damit durch den hydraulischen Druck in der Anschlussleitung 2a bzw. 2b einerseits und der gesteuerten Kraft aufgrund des gesteuerten Hydraulikventils 16 die jeweilige Ventilstellung bestimmt. Steigt der Druck in der Anschlussleitung 2a bzw. 2b gegenüber der aus dem Druck in der Steuerleitung 17a bzw. 17b resultierenden Kraft hinreichend an, so wird der Ventilkörper in die in der Fig. 2 dargestellte Lage gestellt. Falls sich die hy- draulischen Druckkräfte in der Anschlussleitung 2a bzw. 2b sowie die Federspannung der Feder F einerseits und die vom Hydraulikventil 16 erzeugte Stellkraft andererseits ausgleichen, nimmt das Ventil ebenfalls die Stellung gem. Fig. 2 ein. Falls dagegen die Kraft des Hydraulikventils 16 überwiegt, geht das Ventil in die die Anschlussleitung 2a bzw. 2b mit dem Druckspeicher bzw. der Druckauslassseite der Pumpe 4 verbindende Stellung über.
Zur Verbesserung der mechanischen Dämpfungsfunktion kann, wie in Fig. 2 dargestellt, im Rücklauf 12 zwischen den Druckminderventilen 3a und 3b und dem Hydraulikreservoir 6 ein Servodrosselventil 9 zwischengeschaltet sein. Die Steuereinheit 7 kann über die Signalleitung 10 und der Stelleinrichtung 8 den Drosselquerschnitt des Servodros-
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selventils 9 einstellen. Hierdurch ist eine Adaption der Dämpffunktion an unterschiedliche Fahrzustände möglich. Eine Abschaltung dieser Funktion ist optional bei Tieftemperaturen möglich.
Das Hydraulikventil 16 bzw. 16' ist als Linearschieberventil dargestellt, dessen Ventilkörper von der Lenkhandhabe 21 verstellt wird. Das Hydraulikventil kann sowohl ein Ventil mit „geöffneter Mitte" (open center, Fig. 2) oder auch als Ventil mit „geschlossener Mitte" (closed center, Fig. 3) sein. Ein Ventil mit geschlossener Mitte ist aufgrund des geringeren Gesamtenergieverbrauchs idR zu bevorzugen.