WO2009059746A2 - Fahrzeug-lenksystem - Google Patents

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WO2009059746A2
WO2009059746A2 PCT/EP2008/009303 EP2008009303W WO2009059746A2 WO 2009059746 A2 WO2009059746 A2 WO 2009059746A2 EP 2008009303 W EP2008009303 W EP 2008009303W WO 2009059746 A2 WO2009059746 A2 WO 2009059746A2
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hydraulic valve
steering system
hydraulic
steering
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Klemens Schmidt
Udo Herth
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Ab Skf
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    • B62D5/32—Safety devices, e.g. alternate emergency power supply or transmission means to ensure steering upon failure of the primary steering means for telemotor systems

Definitions

  • the invention relates to a vehicle steering system that generates a steering movement based on an electrical signal.
  • Such a steering system is known from GB 2 351 953 B.
  • a steer by wire system disclosed in which a. electrical signal is transmitted from a steering wheel to an actuator.
  • the actuator generates a steering force depending on the electrical signal.
  • the steering wheel is connected to a resistance element with which a variable resistance torque can be generated, which acts on the steering wheel.
  • the resistance element has an electrorheological or a magnetorheological fluid.
  • An object of the invention is to design a vehicle steering system which generates a steering movement based on an electrical signal with a comparatively low outlay in such a way that a high safety standard is ensured.
  • the steering system has a hydraulic actuator for generating a steering movement, a rotary hydraulic valve for hydraulic Control of the hydraulic actuator, a first electric drive for actuating the hydraulic valve and a first coupling element for torque transmission from the first electric drive to the hydraulic valve and to prevent torque transmission from the hydraulic valve to the first electric drive.
  • the hydraulic valve of the steering system according to the invention can also develop a pumping action, d. H. it may also be a pump at the hydraulic valve.
  • a pumping action d. H. it may also be a pump at the hydraulic valve.
  • the term “hydraulic valve” is used in the following text, whereby the pumping effect should be included In the context of the invention, the term “hydraulic valve” is thus abbreviated notation for the more extensive term “hydraulic valve and / or pump "used.
  • the invention has the advantage that with a comparatively low cost, a high safety standard can be achieved. In particular, this contributes to the fact that only a single hydraulic valve is required in the steering system according to the invention. Through the use of the coupling element is also ensured that the hydraulic valve is not blocked in a malfunction of the first electric drive, so that there is the possibility to operate the hydraulic valve in other ways. As a result, at least a makeshift steerability of the vehicle can be ensured even in the case of a malfunction of the first electric drive.
  • a second electric drive for actuating the hydraulic valve and a second coupling element for torque transmission from the second electric drive to the hydraulic valve and to prevent torque transmission from the hydraulic valve to the second electric drive are particularly advantageous. Then, a malfunction of the first electric drive by the second electric drive be compensated so that the steerability of the vehicle is not affected.
  • the first coupling element can for a torque transmission from the first electrical see drive to the hydraulic valve in both directions and to prevent torque transfer from the hydraulic valve to the first electric drive in both directions and / or the second coupling element for torque transmission from the second electric drive to the hydraulic valve in both directions of rotation and be designed to prevent torque transmission from the hydraulic valve to the second electric drive in both directions of rotation.
  • a manually operable transmitter device can be provided with which the first electric drive and / or the second electric drive can be controlled.
  • the encoder device can be designed as a steering wheel.
  • the operation of the steering system according to the invention is carried out in the same manner as the operation of a conventional steering system, so that no change is required for the driver when switching to the steering system according to the invention.
  • the steering system according to the invention may comprise a sensor which generates a dependent on the operation of the encoder device signal. Furthermore, the steering system according to the invention may have a control device for the electrical control of the first electric drive and / or the second electric drive as a function of the signal of the sensor.
  • the transducer device may be formed as a component of a manually operable, mechanical drive for actuating the hydraulic valve. This has the advantage that the vehicle remains steerable in the event of a malfunction of the first electric drive even if no second electric drive is present. that is.
  • a steering linkage can be provided as a further another component of the mechanical drive for actuating the hydraulic valve.
  • the steering system according to the invention may comprise a first gear for increasing the torque of the first electric drive and / or a second gear for increasing the torque of the second electric drive. This allows a torque of relatively small dimensions of the first and second electric drive, so that the first and the second electric drive can be made compact and is available at low cost.
  • the first electric drive and / or the second electric drive may be formed with respect to the hydraulic valve as a separate component. This allows the use of low-cost standard designs for the first or second electric drive. In addition, this opens up the possibility in a simple way only redundantly interpreted the first electric drive and to dispense with redundancy in the hydraulic valve.
  • the first electric drive and / or the second electric drive can be designed as an electric motor. In addition, there is the possibility that the first electric drive and the second electric drive are identical.
  • the hydraulic valve may be formed as a pump for generating a pressure in the hydraulic fluid, which is converted into a steering movement by means of the hydraulic actuator. In this way, for example, even in the event of failure of the actual hydraulic pump, the functionality of the steering system can be maintained.
  • the steering system according to the invention can be designed so that the only component for generating a pressure in the hydraulic fluid, which with the aid of hydraulic actuator is converted into a steering movement, the hydraulic valve is provided.
  • This variant has the advantage that no separate hydraulic pump is needed.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventively designed steering system of a vehicle in a schematic block diagram
  • Figure 2 shows a second exemplary embodiment of the steering system according to the invention in a figure 1 corresponding representation.
  • Figure 1 shows a first exemplary embodiment of an inventively designed steering system of a vehicle in a schematic block diagram.
  • the vehicle may be a utility vehicle operating off-highway, such as a construction vehicle, an agricultural vehicle, an industrial truck, etc.
  • the steering system has a steering wheel 1, which is mechanically coupled via a steering linkage 2 to a shaft 3 of a rotary hydraulic valve 4.
  • the rotary hydraulic valve 4 can also develop a pumping action, ie the rotary hydraulic valve 4 can also be a pump.
  • the term "hydraulic valve” will be used throughout, the pumping action being intended to be included in the following:
  • the mechanical coupling of the steering wheel 1 to the shaft 3 can be achieved, for example, by a rigid connection or by a non-rigid connection figured illustrated steering gear.
  • a sensor 5 In the region of the steering wheel 1, a sensor 5 is arranged, which outputs at its output a dependent of the rotational movement, in particular the rotational speed and the direction of rotation of the steering wheel 1 signal.
  • the sensor 5 can also be designed such that it outputs a signal dependent on the angle of rotation of the steering wheel 1. Likewise, it is also possible that the sensor 5 outputs a signal that depends on the angle of rotation and on the rotational speed of the steering wheel 1.
  • the output of the sensor 5 is electrically conductively connected to an input of a control unit 6, so that the signal output by the sensor 5 is fed to the control unit 6.
  • a first output of the control unit 6 is electrically conductively connected to a first electric drive 7.
  • the first electric drive 7 is coupled to the shaft 3 of the hydraulic valve 4.
  • a second output of the control device 6 may be electrically conductively connected to an optional second electric drive 9.
  • the second electric drive 9 is coupled via an optional second coupling element 10 with the shaft 3 of the hydraulic valve 4.
  • the second electric drive 9 may be formed in an identical manner as the first electric drive 7.
  • the second coupling element 10 may be formed in an identical manner as the first coupling element. 8
  • the hydraulic valve 4 is hydraulically connected to a hydraulic pump 11, which is connected to a reservoir 12 for hydraulic fluid.
  • the hydraulic valve 4 is also connected to the reservoir 12.
  • the hydraulic valve 4 is hydraulically connected to a hydraulic actuator 13.
  • the hydraulic actuator 13 acts on steerable wheels 14 of the vehicle.
  • the sensor 5 outputs signals to the control unit 6 which depend on the angle of rotation and / or the rotational speed of the steering wheel 1.
  • the control unit 6 generates Basis of the signals of the sensor 5 control signals for the first electric drive 7.
  • the first electric drive 7 may for example be designed as an electric motor, in particular as a rotary motor, whose rotational speed is controlled by the control unit 6. Additionally or alternatively, the angle of rotation or the switch-on time of the first electric drive 7 can also be controlled by the control unit 6. In each case, the direction of rotation of the first electric drive 7 is also specified by the control unit 6. The specification of the direction of rotation can be effected, for example, via the polarity of the voltage applied to the first electric drive 7.
  • the torque generated by the first electric drive 7 is transmitted to the shaft 3 of the hydraulic valve 4 via the first coupling element 8. Thereby, the shaft 3 of the hydraulic valve 4 can be rotated, wherein the direction of the rotational movement is determined by the direction of the torque.
  • the amount of torque can be adjusted via a non-figured gear, which can be arranged between the first electric drive 7 and the shaft 3 of the hydraulic valve 4.
  • the first coupling element 8 is designed such that it carries out a torque transmission exclusively from the first electric drive 7 to the shaft 3 of the hydraulic valve 4, but not from the shaft 3 of the hydraulic valve 4 to the first electric drive 7.
  • the first coupling element 8 in the effective direction of the shaft 3 of the hydraulic valve 4 to the first electric drive 7 act as a freewheel. In this way it is prevented that the shaft 3 of the hydraulic valve 4 is blocked when the first electric drive 7 or in the event of a defect of the first electric drive 7.
  • the torque transfer Supply from the first electric drive 7 to the shaft 3 of the hydraulic valve 4 can take place in both directions of rotation.
  • the hydraulic valve 4 controls the inflow of hydraulic fluid to the hydraulic actuator see 13 and the outflow of hydraulic fluid from the hydraulic actuator 13.
  • the hydraulic valve 4 is connected via two hydraulic lines to the hydraulic actuator 13.
  • the two hydraulic lines can each open into a hydraulic chamber of the hydraulic actuator 13, which are separated by a linearly movable piston.
  • the movement of the piston is transmitted to the wheels 14.
  • the direction of movement of the piston and thus the direction of the steering angle depends on which of the two hydraulic chambers of the hydraulic actuator 13 hydraulic fluid is supplied.
  • the supply of the hydraulic fluid in turn depends on the direction of rotation of the shaft 3 of the hydraulic valve 4.
  • hydraulic fluid is conveyed to one of the two hydraulic chambers of the hydraulic actuator 13 and thereby moves the piston of the hydraulic actuator 13 in a first direction. This leads to a steering angle of the wheels 14 in a first steering direction.
  • hydraulic fluid is conveyed to the other hydraulic chamber of the hydraulic actuator 13 and thereby moves the piston of the hydraulic actuator 13 in a direction opposite to the first direction. This leads to a steering angle of the wheels 14 in a steering direction opposite to the first steering direction.
  • the pressure required for conveying the hydraulic fluid into the hydraulic chambers of the hydraulic actuator 13 is generated by means of the hydraulic pump 11.
  • the pressure required for the delivery of the hydraulic fluid into the hydraulic chambers of the hydraulic actuator 13 can also be generated by the hydraulic valve 4. The steering ability of the vehicle thus remains even in case of failure of the hydraulic pump 1 1 is obtained.
  • a steering angle can also be generated with the aid of the second electric drive 9.
  • the second electric drive 9 is not actuated in the R.level. Only when the first electric drive 7 fails, the second electric drive 9 is activated alternatively. This redundancy ensures a high level of security.
  • the turning of the steering wheel 1 not only the generation of a sensor signal and based thereon actuation of the hydraulic valve 4 by the first electric drive 7 and / or the second electric drive 9 result, but also, a mechanical actuation of the hydraulic valve 4 via the steering linkage 2.
  • a mechanical actuation of the hydraulic valve 4 via the steering linkage 2 This means that in case of failure and even with a blocking of the first electric drive 7 and / or the second electric drive 9, the hydraulic valve 4 via the steering wheel 1 can be manually operated and the vehicle thus remains steerable.
  • a high level of safety is thus achieved even when the option of the second electric drive 9 is dispensed with.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the steering system according to the invention in a figure 1 corresponding representation.
  • This second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that no steering linkage 2 is present which mechanically connects the steering wheel 1 to the hydraulic valve 4 and that the second electric drive 9 and the second coupling element 10 are not optional, but instead are provided as standard.
  • the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 and 2 are identical in their structural construction.
  • the embodiment of the steering system illustrated in FIG. 2 also essentially corresponds to the exemplary embodiment in accordance with FIG. 1. A difference is merely that a mechanical actuation of the hydraulic valve 4 by means of the steering wheel 1 is not possible because no mechanical coupling between the steering wheel 1 and the hydraulic valve 4 is present. This means that the embodiment of FIG. 2 is a pure steer by wire system.
  • the second electric drive 9 is therefore necessarily provided in the embodiment of FIG. By the second electric drive 9, a redundancy is made, which ensures even in case of failure of the first electric drive 7 nor a steerability of the vehicle.
  • the lack of mechanical coupling between the steering wheel 1 and the hydraulic valve 4 allows a free positioning of the steering wheel 1.
  • the steering wheel 1 it is also possible for the steering wheel 1 to be made detachable, so that it can be used, for example. different positions can be arranged while still a steerability of the vehicle is guaranteed.
  • a plurality of hydraulic actuators 13 are provided instead of a single hydraulic actuator 13. These hydraulic actuators 13 may have a simpler structure than the hydraulic actuators 13, which are used in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2.
  • the hydraulic valve 4 and the first electric drive 7 and possibly the second electric drive 9 designed so that they have sufficient power for generating the required for the actuation of the hydraulic actuator 13 pressure in the hydraulic fluid by means of Hydraulic valve 4 feature.
  • the steering system is fully functional even without the hydraulic pump 11, so that can be dispensed with the hydraulic pump 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Lenksystem mit einem hydraulischen Aktuator (13) zur Erzeugung einer Lenkbewegung, einem rotatorischen Hydraulikventil (4) zur hydraulischen Ansteuerung des hydraulischen Aktuators (13), einem ersten elektrischen Antrieb (7) zur Betätigung des Hydraulikventils (4) und einem ersten Koppelelement (8) zur Drehmomentübertragung vom ersten elektrischen Antrieb (7) zum Hydraulikventil (4) und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraxlikventil (4) zum ersten elektrischen Antrieb (7).

Description

B e s c h r e i b u n g
Fahrzeug-Lenksystem
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Lenksystem, das auf Basis eines elektrischen Signals eine Lenkbewegung erzeugt.
Ein derartiges Lenksystem ist aus der GB 2 351 953 B bekannt. Dort ist ein steer by wire System offenbart, bei dem ein. elektrisches Signal von einem Lenkrad zu einem Aktuator übertragen wird. Der Aktuator erzeugt abhängig vom elektrischen Signal eine Lenkkraft. Weiterhin ist das Lenkrad mit einem Widerstandselement verbunden, mit dem ein variables Widerstandsmoment erzeugt werden kann, das auf das Lenkrad einwirkt. Das Widerstandselement weist ein elektrorheologisches oder ein magnetorheologisches Fluid auf.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug-Lenksystem, das auf Basis eines elektrischen Signals eine Lenkbewegung erzeugt, mit einem vergleichsweise geringen Aufwand so auszubilden, dass ein hoher Sicherheitsstandard gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug-Lenksystem mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Lenksystem weist einen hydraulischen Aktuator zur Erzeu- gung einer Lenkbewegung, ein rotatorisches Hydraulikventil zur hydraulischen Ansteuerung des hydraulischen Aktuators, einen ersten elektrischen Antrieb zur Betätigung des Hydraulikventils sowie ein erstes Koppel element zur Drehmomentübertragung vom ersten elektrischen Antrieb zum Hydraulikventil und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil zum ersten elektrischen Antrieb auf.
Das Hydraulikventil des erfindungsgemäßen Lenksystems kann auch eine Pumpwirkung entfalten, d. h. es kann sich beim Hydraulikventil auch um eine Pumpe handeln. Zur sprachlichen Vereinfachung wird im Folgenden aber jeweils durchge- hend der Begriff „Hydraulikventil" verwendet, wobei die Pumpwirkung mit umfasst sein soll. Im Sinne der Erfindung wird der Begriff „Hydraulikventil" somit als eine abkürzende Schreibweise für den umfangreicheren Begriff „Hydraulikventil und/oder -pumpe" verwendet.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit einem vergleichsweise geringen Aufwand ein hoher Sicherheitsstandard erzielbar ist. Hierzu trägt insbesondere bei, dass beim erfindungsgemäßen Lenksystem lediglich ein einziges Hydraulikventil benötigt wird. Durch den Einsatz des Koppelelements ist zudem gewährleistet, dass das Hydraulikventil bei einer Funktionsstörung des ersten elektrischen Antriebs nicht blockiert wird, so dass die Möglichkeit besteht, das Hydraulikventil auf andere Weise zu betätigen. Dadurch kann auch bei einer Funktionsstörung des ersten elektrischen Antriebs zumindest eine behelfsmäßige Lenkbarkeit des Fahrzeugs gewährleistet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim erfindungsgemäßen Lenksystem ein zweiter elektrischer Antrieb zur Betätigung des Hydraulikventils und ein zweites Koppelelement zur Drehmomentübertragung vom zweiten elektrischen Antrieb zum Hydraulikventil und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil zum zweiten elektrischen Antrieb vorgesehen sind. Dann kann eine Funkti- onsstörung des ersten elektrischen Antriebs durch den zweiten elektrischen Antrieb ausgeglichen werden, so dass die Lenkbarkeit des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt wird.
Das erste Koppelelement kann für eine Drehmomentübertragung vom ersten elektri- sehen Antrieb zum Hydraulikventil in beide Drehrichtungen und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil zum ersten elektrischen Antrieb in beide Drehrichtungen und/oder das zweite Koppelelement für eine Drehmomentübertragung vom zweiten elektrischen Antrieb zum Hydraulikventil in beide Drehrichtungen und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil zum zweiten elektrischen Antrieb in beide Drehrichtungen ausgebildet sein.
Beim erfindungsgemäßen Lenksystem kann eine manuell betätigbare Gebereinrichtung vorgesehen sein, mit der der erste elektrische Antrieb und/oder der zweite elektrische Antrieb steuerbar ist. Insbesondere kann die Gebereinrichtung als ein Lenkrad ausgebildet sein. In diesem Fall erfolgt die Bedienung des erfindungsgemäßen Lenksystems in gleicher Weise wie die Bedienung eines herkömmlichen Lenksystems, so dass für den Fahrzeugführer beim Umstieg auf das erfindungsgemäße Lenksystem keine Umstellung erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Lenksystem kann einen Sensor aufweisen, der ein von der Betätigung der Gebereinrichtung abhängiges Signal erzeugt. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Lenksystem ein Steuergerät zur elektrischen Ansteuerung des ersten elektrischen Antriebs und/oder des zweiten elektrischen Antriebs in Abhän- gigkeit vom Signal des Sensors aufweisen.
Die Gebereinrichtung kann als eine Komponente eines manuell betätigbaren, mechanischen Antriebs zur Betätigung des Hydraulikventils ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug bei einer Funktionsstörung des ersten elektrischen Antriebs auch dann lenkbar bleibt, wenn kein zweiter elektrischer Antrieb vorhan- den ist. Insbesondere kann ein Lenkgestänge als eine weitere eine weitere Komponente des mechanischen Antriebs zur Betätigung des Hydraulikventils vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Lenksystem kann ein erstes Getriebe zur Erhöhung des Drehmoments des ersten elektrischen Antriebs und/oder ein zweites Getriebe zur Erhöhung des Drehmoments des zweiten elektrischen Antriebs aufweisen. Dies ermöglicht eine im Hinblick auf das Drehmoment relativ kleine Dimensionierung des ersten bzw. zweiten elektrischen Antriebs, so dass der erste bzw. der zweite elektrische Antrieb kompakt ausgebildet werden kann und kostengünstig verfügbar ist.
Der erste elektrische Antrieb und/oder der zweite elektrische Antrieb kann bezüglich des Hydraulikventils als eine separate Komponente ausgebildet sein. Dies er- möglicht den Einsatz von kostengünstigen Standardausführungen für den ersten bzw. zweiten elektrischen Antrieb. Außerdem wird dadurch auf einfache Weise die Möglichkeit eröffnet lediglich den ersten elektrischen Antrieb redundant auszulegen und beim Hydraulikventil auf eine Redundanz zu verzichten. Insbesondere können der erste elektrische Antrieb und/oder der zweite elektrische Antrieb als ein Elek- tromotor ausgebildet sein. Zudem besteht die Möglichkeit, dass der erste elektrische Antrieb und der zweite elektrische Antrieb identisch ausgebildet sind.
Das Hydraulikventil kann als eine Pumpe zur Erzeugung eines Drucks in der Hydraulikflüssigkeit ausgebildet sein, der mit Hilfe des hydraulischen Aktuators in eine Lenkbewegung umgesetzt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise auch bei einem Ausfall der eigentlichen Hydraulikpumpe die Funktionsfähigkeit des Lenksystems erhalten werden.
Das erfindungsgemäße Lenksystem kann so ausgebildet sein, dass als einzige Kom- ponente zur Erzeugung eines Drucks in der Hydraulikflüssigkeit, der mit Hilfe des hydraulischen Aktuators in eine Lenkbewegung umgesetzt wird, das Hydraulikventil vorgesehen ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass keine separate Hydraulikpumpe benötigt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksystems eines Fahrzeugs in einer schematischen Blockdarstellung und
Figur 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems in einer Figur 1 entsprechenden Darstellung.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksystems eines Fahrzeugs in einer schematischen Blockdarstellung. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Nutzfahrzeug handeln, das außerhalb des öffentlichen Straßenverkehrs betrieben wird, beispielsweise ein Baufahrzeug, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Flurförderzeug usw.
Das Lenksystem weist ein Lenkrad 1 auf, das über ein Lenkgestänge 2 mechanisch mit einer Welle 3 eines rotatorischen Hydraulikventils 4 gekoppelt ist. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann das rotatorische Hydraulikventil 4 auch eine Pumpwirkung entfalten, d. h. es kann sich beim rotatorischen Hydraulikventil 4 auch um eine Pumpe handeln. Zur sprachlichen Vereinfachung wird im Folgenden aber jeweils durchgehend der Begriff „Hydraulikventil" verwendet, wobei die Pumpwirkung mit umfasst sein soll. Die mechanische Kopplung des Lenkrads 1 mit der Welle 3 kann beispielsweise durch eine starre Verbindung oder durch ein nicht figürlich dargestelltes Lenkgetriebe erfolgen. Im Bereich des Lenkrads 1 ist ein Sensor 5 angeordnet, der an seinem Ausgang ein von der Drehbewegung, insbesondere der Drehgeschwindigkeit und der Drehrichtung, des Lenkrads 1 abhängiges Signal ausgibt. Der Sensor 5 kann auch so ausgebildet ein, dass er ein vom Dreh- winkel des Lenkrads 1 abhängiges Signal ausgibt. Ebenso ist es auch möglich, dass der Sensor 5 ein Signal ausgibt, dass vom Drehwinkel und von der Drehgeschwindigkeit des Lenkrads 1 abhängt.
Der Ausgang des Sensors 5 ist mit einem Eingang eines Steuergeräts 6 elektrisch leitend verbunden, so dass das vom Sensor 5 ausgegebene Signal in das Steuergerät 6 eingespeist wird. Ein erster Ausgang des Steuergeräts 6 ist mit einem ersten elektrischen Antrieb 7 elektrisch leitend verbunden. Über ein erstes Koppelelement 8 ist der erste elektrische Antrieb 7 mit der Welle 3 des Hydraulikventils 4 gekoppelt. Wie durch gestrichelte Linien angedeutet ist, kann ein zweiter Ausgang des Steuer- geräts 6 mit einem optional vorhandenen zweiten elektrischen Antrieb 9 elektrisch leitend verbunden sein. Der zweite elektrische Antrieb 9 ist über ein optional vorhandenes zweites Koppelelement 10 mit der Welle 3 des Hydraulikventils 4 gekoppelt. Der zweite elektrische Antrieb 9 kann in identischer Weise ausgebildet sein wie der erste elektrische Antrieb 7. Ebenso kann das zweite Koppelelement 10 in identischer Weise ausgebildet sein wie das erste Koppel element 8.
Das Hydraulikventil 4 ist mit einer Hydraulikpumpe 11 hydraulisch verbunden, die an ein Reservoir 12 für Hydraulikflüssigkeit angeschlossen ist. Das Hydraulikventil 4 ist ebenfalls an das Reservoir 12 angeschlossen.
Weiterhin ist das Hydraulikventil 4 mit einem hydraulischen Aktuator 13 hydraulisch verbunden. Der hydraulische Aktuator 13 wirkt auf lenkbare Räder 14 des Fahrzeugs ein. Wenn der Fahrzeugführer ein Lenkmanöver einleitet, indem er das Lenkrad 1 aus einer Mittelposition herausdreht, gibt der Sensor 5 Signale an das Steuergerät 6 aus, die vom Drehwinkel und/oder von der Drehgeschwindigkeit des Lenkrads 1 abhän- , gen. Das Steuergerät 6 erzeugt auf Basis der Signale des Sensors 5 Ansteuersignale für den ersten elektrischen Antrieb 7. Der erste elektrische Antrieb 7 kann beispielsweise als ein Elektromotor, insbesondere als ein Rotationsmotor, ausgebildet sein, dessen Drehgeschwindigkeit vom Steuergerät 6 gesteuert wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch der Drehwinkel oder die Einschaltzeit des ersten elektrischen Antriebs 7 vom Steuergerät 6 gesteuert werden. Dabei wird vom Steuergerät 6 jeweils auch die Drehrichtung des ersten elektrischen Antriebs 7 vorgegeben. Die Vorgabe der Drehrichtung kann beispielsweise über die Polarität der an den ersten elektrischen Antrieb 7 angelegten Spannung erfolgen.
Über das erste Koppelelement 8 wird das vom ersten elektrischen Antrieb 7 erzeug- te Drehmoment auf die Welle 3 des Hydraulikventils 4 übertragen. Dadurch kann die Welle 3 des Hydraulikventils 4 in Drehung versetzt werden, wobei die Richtung der Drehbewegung durch die Richtung des Drehmoments vorgegeben wird. Der
Betrag des Drehmoments kann über ein nicht figürlich dargestelltes Getriebe ange- passt werden, das zwischen dem ersten elektrischen Antrieb 7 und der Welle 3 des Hydraulikventils 4 angeordnet sein kann.
Das erste Koppelelement 8 ist so ausgebildet, das es eine Drehmomentübertragung ausschließlich vom ersten elektrischen Antrieb 7 zur Welle 3 des Hydraulikventils 4, nicht jedoch von der Welle 3 des Hydraulikventils 4 zum ersten elektrischen Antrieb 7 durchführt. Insbesondere kann das erste Koppelelement 8 in der Wirkrichtung von der Welle 3 des Hydraulikventils 4 zum ersten elektrischen Antrieb 7 als ein Freilauf wirken. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Welle 3 des Hydraulikventils 4 bei ausgeschaltetem ersten elektrischen Antrieb 7 oder bei einem Defekt des ersten elektrischen Antriebs 7 blockiert wird. Somit ist das Hydraulik- ventil 4 auch in einer derartigen Situation funktionsfähig. Die Drehmomentübertra- gung vom ersten elektrischen Antrieb 7 zur Welle 3 des Hydraulikventils 4 kann in beide Drehrichtungen erfolgen.
Das Hydraulikventil 4 steuert den Zufluss von Hydraulikflüssigkeit zum hydrauli- sehen Aktuator 13 bzw. den Abfluss von Hydraulikflüssigkeit vom hydraulischen Aktuator 13. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hydraulikventil 4 über zwei Hydraulikleitungen mit dem hydraulischen Aktuator 13 verbunden. Die beiden Hydraulikleitungen können in je eine Hydraulikkammer des hydraulischen Aktua- tors 13 münden, die durch einen linear beweglichen Kolben voneinander getrennt sind. Die Bewegung des Kolbens wird auf die Räder 14 übertragen. Die Bewegungsrichtung des Kolbens und damit die Richtung des Lenkeinschlags hängt davon ab, welcher der beiden Hydraulikkammern des hydraulischen Aktuators 13 Hydrau- likflüssigkeit zugeführt wird. Die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit hängt wiederum von der Drehrichtung der Welle 3 des Hydraulikventils 4 ab.
Bei einer ersten Drehrichtung der Welle 3 des Hydraulikventils 4 wird Hydraulikflüssigkeit zu einer der beiden Hydraulikkammern des hydraulischen Aktuator 13 gefördert und dadurch der Kolben des hydraulischen Aktuators 13 in eine erste Richtung bewegt. Dies führt zu einem Lenkeinschlag der Räder 14 in eine erste Lenkrichtung.
Bei einer entgegengesetzten Drehrichtung der Welle 3 des Hydraulikventils 4 wird Hydraulikflüssigkeit zur anderen Hydraulikkammer des hydraulischen Aktuators 13 gefördert und dadurch der Kolben des hydraulischen Aktuators 13 in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt. Dies führt zu einem Lenkeinschlag der Räder 14 in eine zur ersten Lenkrichtung entgegengesetzte Lenkrichtung.
Bei einem Stillstand der Welle 3 des Hydraulikventils 4 kommt auch der Strom der Hydraulikflüssigkeit zum Stillstand und der Kolben des hydraulischen Aktuator 13 verharrt in seiner gegenwärtigen Position, so dass der Lenkeinschlag unverändert beibehalten wird.
Der für die Förderung der Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammern des hyd- raulischen Aktuators 13 benötigte Druck wird mit Hilfe der Hydraulikpumpe 1 1 erzeugt. Bei einem Ausfall der Hydraulikpumpe 11 kann der für die Förderung der Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammern des hydraulischen Aktuators 13 benötigte Druck auch durch das Hydraulikventil 4 erzeugt werden. Die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs bleibt somit auch bei einem Ausfall der Hydraulikpumpe 1 1 erhalten.
In gleicher Weise wie für den ersten elektrischen Antrieb 7 geschildert kann auch mit Hilfe des zweiten elektrischen Antriebs 9 ein Lenkeinschlag erzeugt werden. Solange der erste elektrische Antrieb 7 funktionsfähig ist, wird der zweite elektri- sehe Antrieb 9 in der R.egel nicht angesteuert. Erst wenn der erste elektrische Antrieb 7 ausfällt, wird der zweite elektrische Antrieb 9 ersatzweise angesteuert. Durch diese Redundanz wird ein hohes Sicherheitsniveau erreicht.
Anstelle der alternativen Ansteuerung ist auch eine gleichzeitige Ansteuerung der beiden elektrischen Antriebe 7, 9 möglich. In diesem Fall bewirkt der Ausfall eines der elektrischen Antriebe 7, 9, dass das Hydraulikventil 4 vollständig vom jeweils anderen elektrischen Antrieb 7, 9 betätigt wird.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Lenksystems hat das Ver- drehen des Lenkrads 1 nicht nur die Erzeugung eines Sensorsignals und eine darauf basierende Betätigung des Hydraulikventils 4 durch den ersten elektrischen Antrieb 7 und/oder den zweiten elektrischen Antrieb 9 zur Folge, sondern auch eine mechanische Betätigung des Hydraulikventils 4 über das Lenkgestänge 2. Dies bedeutet, dass bei einem Versagen und sogar bei einem Blockieren des ersten elektrischen Antriebs 7 und/oder des zweiten elektrischen Antriebs 9 das Hydraulikventil 4 über das Lenkrad 1 manuell betätigt werden kann und das Fahrzeug somit lenkbar bleibt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird somit auch dann ein hohes Sicherheitsniveau erreicht, wenn auf die Option des zweiten elektrischen Antriebs 9 verzichtet wird.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems in einer Figur 1 entsprechenden Darstellung. Dieses zweite Ausfuhrungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausfuhrungsbeispiel dadurch, dass kein Lenkgestänge 2 vorhanden ist, welches das Lenkrad 1 mecha- nisch mit dem Hydraulikventil 4 verbindet und dass der zweite elektrische Antrieb 9 und das zweite Koppelelement 10 nicht optional, sondern standardmäßig vorgesehen sind. Im Übrigen stimmen die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiele in ihrem strukturellen Aufbau überein.
Auch in der Funktionsweise stimmt das in Figur 2 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel des Lenksystems im Wesentlichen mit dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1 überein. Ein Unterschied besteht lediglich darin, dass eine mechanische Betätigung des Hydraulikventils 4 mittels des Lenkrads 1 nicht möglich ist, da keine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad 1 und dem Hydraulikventil 4 vorhanden ist. Dies bedeutet, dass es sich beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 um ein reines steer by wire System handelt. Aus Sicherheitsgründen ist der zweite elektrische Antrieb 9 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 deshalb zwingend vorgesehen. Durch den zweiten elektrischen Antrieb 9 wird eine Redundanz hergestellt, die auch bei einem Ausfall des ersten elektrischen Antriebs 7 noch eine Lenkbarkeit des Fahrzeugs gewährleistet.
Die fehlende mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad 1 und dem Hydraulikventil 4 ermöglicht eine freie Positionierung des Lenkrads 1. Zudem ist es auch möglich das Lenkrad 1 abnehmbar zu gestallten, so dass es beispielsweise an ver- schiedenen Positionen angeordnet werden kann und dabei jeweils noch eine Lenkbarkeit des Fahrzeugs gewährleistet ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Lenkrad 1 durch eine andersartig ausgebildete Komponente zu ersetzen, die im Zusammenspiel mit dem Sensor 5 ein vom Steuergerät 6 auswertbares Sensorsignal erzeugt. Diese andersartig ausgebildete Komponente kann insbesondere kompakter gestaltet sein als das Lenkrad 1.
Bei einer Abwandlung des Lenksystems sind anstelle eines einzigen hydraulischen Aktuators 13 mehrere hydraulische Aktuatoren 13 vorgesehen. Diese hydraulischen Aktuatoren 13 können einen einfacheren Aufbau haben als die hydraulischen Aktuatoren 13, die bei den Ausfuhrungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 zum Einsatz kommen.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Hydraulikventil 4 und den ersten elektrischen Antrieb 7 sowie ggf. den zweiten elektrischen Antrieb 9 so auszulegen, dass diese über eine ausreichende Leistung für eine Erzeugung des für die Betätigung des hydraulischen Aktuators 13 benötigten Drucks in der Hydraulikflüssigkeit mit Hilfe des Hydraulikventils 4 verfügen. Bei dieser Abwandlung ist das Lenksystem auch ohne die Hydraulikpumpe 11 voll funktionsfähig, so dass auf die Hydraulikpumpe 11 verzichtet werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Lenkrad
2 Lenkgestänge
3 Welle
4 Hydraulikventil
5 Sensor
6 Steuergerät
7 erster elektrischer Antrieb
8 erstes Koppelelement
9 zweiter elektrischer Λntrie
10 zweites Koppelelement
11 Hydraulikpumpe
12 Reservoir
13 hydraulischer Aktuator
14 Rad

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eFahrzeug-Lenksystem
1. Fahrzeug-Lenksystem mit
- einem hydraulischen Aktuator (13) zur Erzeugung einer Lenkbewegung,
- einem rotatorischen Hydraulikventil (4) zur hydraulischen Ansteuerung des hydraulischen Aktuators (13),
- einem ersten elektrischen Antrieb (7) zur Betätigung des Hydraulikventils (4) und
- einem ersten Koppelelement (8) zur Drehmomentübertragung vom ersten e- lektrischen Antrieb (7) zum Hydraulikventil (4) und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil (4) zum ersten elektrischen Antrieb (7).
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elektrischer Antrieb (9) zur Betätigung des Hydraulikventils (4) und ein zweites Koppelelement (10) zur Drehmomentübertragung vom zweiten elektrischen Antrieb (9) zum Hydraulikventil (4) und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil (4) zum zweiten elektrischen Antrieb (9) vorhanden sind.
3. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Koppelelement (8) für eine Drehmomentübertragung vom ersten elektrischen Antrieb (7) zum Hydraulikventil (4) in beide Drehrich- hingen und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil (4) zum ersten elektrischen Antrieb (7) in beide Drehrichtungen und/oder das zweite Koppelelement (10) für eine Drehmomentübertragung vom zweiten elektrischen Antrieb (9) zum Hydraulikventil (4) in beide Drehrichtungen und zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung vom Hydraulikventil (4) zum zweiten elektrischen Antrieb (9) in beide Drehrichtungen ausgebildet ist.
4. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuell betätigbare Gebereinrichtung (1) vorgesehen ist, mit der der erste elektrische Antrieb (7) und/oder der zweite elektrische Antrieb (9) steuerbar ist.
5. Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebereinrichtung (1) als ein Lenkrad ausgebildet ist.
6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (5) vorgesehen ist, der ein von der Betätigung der Gebereinrichtung
(1) abhängiges Signal erzeugt
7. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät
(6) vorgesehen ist zur elektrischen Ansteuerung des ersten elektrischen Antriebs
(7) und/oder des zweiten elektrischen Antriebs (9) in Abhängigkeit vom Signal des Sensors (5).
8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebereinrichtung (1) als eine Komponente eines manuell betätigbaren, mechanischen Antriebs zur Betätigung des Hydraulikventils (4) ausgebildet ist.
9. Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkgestänge
(2) als eine weitere Komponente des mechanischen Antriebs zur Betätigung des Hydraulikventils (4) vorgesehen ist.
10. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Getriebe zur Erhöhung des Drehmoments des ersten elektrischen Antriebs (7) und/oder ein zweites Getriebe zur Erhöhung des Drehmoments des zweiten elektrischen Antriebs (9) vorgesehen ist.
11. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Antrieb (7) und/oder der zweite elektrische Antrieb (9) bezüglich des Hydraulikventils (4) als eine separate Komponente ausgebildet ist.
12. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Antrieb (7) und/oder der zweite elektrische Antrieb (9) als ein Elektromotor ausgebildet ist.
13. Lenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Antrieb (7) und der zweite elektrische Antrieb (9) identisch ausgebildet sind.
14. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (4) als eine Pumpe zur Erzeugung eines Drucks in der Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist, der mit Hilfe des hydraulischen Aktuators (13) in eine Lenkbewegung umgesetzt wird.
15. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als einzige Komponente zur Erzeugung eines Drucks in der Hydraulikflüssigkeit, der mit Hilfe des hydraulischen Aktuators (13) in eine Lenkbewegung umgesetzt wird, das Hydraulikventil (4) vorgesehen ist.
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