WO2014023506A1 - Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (L) für wenigstens eine Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F), umfassend einen Lenkwinkelsensor (Sα) zum Detektieren eines Lenkwinkels (α) von Laufrädern (Rv) einer Vorderachse (Av) des Fahrzeugs: einen Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv) zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (F); einen elektrischen Motor (M) zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe (P), die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder (Z) zum Anlenken der Laufrädei- (Rn) der Nachlaufachse (An) verbunden ist; ein Steuergerät (C), das einerseits mit dem Lenkwinkelsensor (Sα) und dem Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv), und andererseits mit dem elektrischen Motor (M) in Verbindung steht oder in Verbindung treten kann, und dazu ausgebildet ist, aus dem Lenkwinkel (α) und der Fahrgeschwindigkeit (v) einen Nachlaufwinkel (ß) von Laufrädern (Rn) an der Nachlaufachse (An) des Fahrzeugs (F) zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel (ß) den Motor (M) zu schalten, wobei ein Kolben (K) im Arbeitszylinder (Z) einen Permanentmagneten (B) aufweist, der gegenüber einem Magnetventil (V1) verfahrbar ist, das in einer Geradeausstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) von dem Permanentmagneten (B) in eine Arbeitsstellung (A1) geschaltet ist, in der ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder (Z) unterbunden und der Kolben (K) in der Geradeausstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) blockiert ist. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Lenken von Laufrädern (Rn) wenigstens einer Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F).

Description

Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeug

BESCHREIBUNG GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Lenksysteme und insbesondere ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 7.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Schwere Fahrzeuge - insbesondere Nutzfahrzeuge - verfügen oft über mehr als zwei

Achsen, sogenannte Nachlaufachsen (NLA). Sind die NLA starr ausgeführt, haben

die Fahrzeuge einen großen Wendekreis. Daher wird oft neben einer Vorderachslenkung zusätzlich eine lenkbare NLA eingebaut. Die NLA kann dabei zwangsgelenkt oder adhäsionsgelenkt, d.h. durch die Rückstellbewegung der Räder selbst gelenkt sein. Diese zusätzliche NLA-Lenkung ermöglicht kleinere Kurvenradien, wodurch eine höhere Manövrierbarkeit erreicht wird. Zusätzlich reduziert sich der Schräglaufwinkel an den Reifen, wodurch der Reifenverschleiß des Fahrzeuges reduziert wird.

Ein aktives Lenken der NLA ist jedoch nur bei niedrigen Geschwindigkeiten erwünscht. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist kein Lenken der NLA erwünscht, da dies ein stabiles Fahren negativ beeinflusst. Die NLA muss ab einer bestimmten, vom Fahrzeug abhängigen Geschwindigkeit fixiert werden, um keinen instabilen Fahrzustand hervorzurufen.

Stand der Technik ist, dass die NLA über einen Hydraulik-Zylinder angelenkt wird. Das Öl wird über eine Pumpe, die über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, in die eine oder andere Zylinderkammer gepumpt, abhängig davon, wie die Ventile geschaltet sind. Neuerdings gibt es auch Fahrzeuge, bei der die Lenkungspumpe nicht über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, sondern über einen Elektromotor. Da der Elektromotor in beide Richtungen gleichwertig antreiben kann, kann mit einer reversierbaren Pumpe je nach Drehrichtung der eine oder der andere Zylinderraum beaufschlagt werden.

Bei vorhandenen Systemen besteht die Problematik, dass bei einem Ausfall oder bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Achse in Geradeausstellung mit sehr viel Aufwand gehalten werden muss.

So zeigt die deutsche Patentanmeldung DE 103 51 4S2 AI ein Lenksystem, bei dem eine hydraulische angelenkte Fahrzeughinterachse mit einer zusätzlichen Blockiervorrichtung in der aktuellen Stellung gehalten bzw. adhäsionsgelenkt in eine Mittenstellung zurückgelenkt und dann arretiert wird. Dies erfordert jedoch weitere Bauteile und ist somit teuer; zudem wird viel Bauraum benötigt. Bei vielen hydraulischen Systemen ist die Pumpe zudem fest am Verbrennungsmotor angeflanscht, so dass diese immer betrieben wird. Deshalb würde gerade bei der Geradeausfahrt, in welcher sich das Fahrzeug lange Zeit befindet, die Hydraulikpumpe ständig angetrieben, obwohl dies nicht erforderlich ist. In diesem Betriebszustand erzeugt die Hydraulik Verluste, denen kein Mehrwert entgegen steht. Dies steht der Forderung nach einem niedrigeren Kraftstoffbedarf des Fahrzeugs entgegen. Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 008 436 AI zeigt eine mechanisch gekoppelte Mehrachslenkanlage, bei der nur dann eine Lenkkraft auf die zusätzliche Lenkachse aufgebracht wird, wenn diese auch aktiv - also beim Lenkeinschlag - benötigt wird. Jedoch ist dieses System für eine Hinterachslenkung, welche ab einem gewissen Geschwindigkeitsbereich in Geradeausfahrt gesperrt werden soll, nur mit sehr viel Aufwand realisierbar.

In der deutschen Patentschrift DE 4414161 Cl wird eine Mehrachslenkanlage beschrieben, in welcher ein Geberzylinder angesteuert wird. Je nach Stellung des Geberzylinders an der vorderen Achse reagiert der Nehmerzylinder an der hinteren Achse. Nachteilig an diesem System ist aber die direkte Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Geberzylinders. So besteht mit diesem System keine Möglichkeit einer geschwindigkeitsabhängigen Einflussnahme auf die hintere Achse.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches dessen aktuellen Fahrzustand möglichst umfassend berücksichtigt, das energieeffizient und zuverlässig arbeitet, und das einfach und kostengünstig zu realisieren ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche, die in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Vorteile der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich. Vorgesehen ist demnach ein Lenksystem für wenigstens eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs, umfassend: einen Lenkwinkelsensor zum Detektieren eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs; einen Fahrgeschwindigkeitssensor zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; einen elektrischen Motor zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe, die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse verbunden ist; ein Steuergerät, das einerseits mit dem Lenkwinkelsensor und dem Fahrgeschwindigkeitssensor, und andererseits mit dem elektrischen Motor in Verbindung steht oder in Verbindung treten kann, und dazu ausgebildet ist, aus dem Lenkwinkel und der Fahrgeschwindigkeit einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeugs zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel den Motor zu schalten, wobei ein Kolben im Arbeitszylinder einen Permanentmagneten aufweist, der gegenüber einem Magnetventil verfahrbar ist, das in einer Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse von dem Permanentmagneten in eine Arbeitsstellung geschaltet ist, in der ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder unterbunden und der Kolben in der Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse blockiert ist. Damit steht zunächst ein elektrohydraulisches Lenksystem für eine Nachlaufachse zur Verfügung, bei dem das Lenkrad nicht mechanisch mit der zu lenkenden Achse verbunden ist, d.h. dessen Anlenken der Nachlaufachse unabhängig von dem der Vorderachse stattfinden kann. Zudem ist dieses System vom Verbrennungsmotor entkoppelt, so dass einerseits eine bedarfsgerechte Regelung und andererseits - durch die wenigen und zudem frei plazierbaren Bauteile - eine hohe räumliche Flexibilität bei dessen Verbau gewährleistet ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sowie im Stand ist mit diesem System ein aktives Lenken abhängig vom Lenkwinkel der Vorderachse und von der Fahrgeschwindigkeit möglich. Insbesondere sind die Räder der Nachlaufachse auch bei einem Ausfall der Elektronik und/oder der Pumpe jederzeit automatisch, d.h. adhäsionsgetrieben aus jedem Auslenkungswinkel in ihre Geradeausstellung bringbar und dort auch zuverlässig blockierbar, ohne dass dazu eine zusätzliche Elektronik und/oder ein hydraulischer Antrieb notwendig wäre. Bei der adhäsionsgetriebenen Bewegung des Kolbens in Richtung seiner Mittenstellung wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem einen Zylinderraum des Arbeitszylinder abgegeben, während in den anderen Zylinderraum - ohne Pumpeneinsatz - Flüssigkeit nachgesogen wird. Sobald der Permanentmagnet das Magnetventil schaltet, ist dessen weitere Bewegung durch die beidseitig eingesperrte Hydraulikflüssigkeit blockiert, so dass die Räder der Nachlaufachse sicher in ihrer Geradeausstellung gehalten werden. Bei einem Ausfall der Pumpe und/oder Elektrik bei niedrigen Geschwindigkeiten besteht somit die Möglichkeit, dass die Nachlaufachse gedämpft, adhäsionsgelenkt in die Mittenstellung gefahren und dort gehalten wird. Unter einer Nachlaufachse soll dabei jede Achse verstanden werden, die dem Ausschlag einer gelenkten Achse folgt, und die einer starren Hinter- oder Vorderachse nach- oder vorlaufend, also auch als Vorlaufachse angeordnet sein kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Lenksystem wenigstens ein Steuerventil auf, das in einer Hydraulikleitung zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe angeordnet ist, und das in einer Grundstellung einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe unterbindet, und in einer Arbeits Stellung einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe freigibt, wobei in der Grundstellung des wenigstens einen Steuerventils und einer Grundstellung des Magnetventils eine Ausgleichsleitung geöffnet ist, die einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder zulässt, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung bewegbar ist, in welcher das Magnetventil geschaltet ist, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. Das wenigstens eine Steuerventil kann dabei z.B. federgetrieben in seiner geschlossenen Grundstellung gehalten und durch die Einwirkung eines Elektromagnets in seine geöffnete Arbeitsstellung bewegt werden. Bei einem Ausfall z.B. der Pumpe kann das System durch diese Schaltung der Ventile in einen sicheren Zustand überführt werden. Wenn das Magnetventil z.B. bei einem störungsfrei arbeitenden Steuerventil sowie ausgelenkten Rädern der Nachlaufachse in seiner Grundstellung steht, ist die Ausgleichsleitung geschlossen, die eine ahhäsionsgetriebene Bewegung des Kolbens zuließe, und der Kolben ist nur über die Pumpe bewegbar. Kommt es nun zu einer Störung, in der das wenigstens eine Steuerventil in seine unbestromte Grundstellung übergeht, ist keine Bewegung des Kolbens mittels der Pumpe mehr möglich, und es wird eine Ausgleichsleitung hergestellt, die dem Kolben eine adhäsionsgetriebene Verdrängung von Hydraulikflüssigkeit erlaubt, bis er seine Mittenstellung erreicht. In dieser Mittenstellung wird das Magnetventil über den Permanentmagneten in seine Grundstellung geschaltet und ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit am Arbeitszylinder und über die Ausgleichsleitung unterbunden. In dieser Grundstellung lässt sich das Magnetventil unter Einwirkung der Kraft des Permanentmagneten energielos und somit besonders zuverlässig halten, wobei auch die deaktivierte Pumpe keine zusätzliche Energie mehr benötigt. Das Steuergerät kann dabei vorteilhaft dazu ausgebildet sein, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit das wenigstens eine Steuerventil stromlos zu schalten. Die Nachlaufachse wird ab einer gewissen voreinstellbaren Geschwindigkeit in ihre Mittenstellung gefahren und dort gehalten, so dass sich deren Laufräder in Geradeausfahrstellung befinden. Da diese Mittenstellung ohne weiteren Energieaufwand gehalten werden kann, ist die Leistungsaufnahme des Systems minimal.

Grundsätzlich kann der wenigstens eine Arbeitszylinder als einfach wirkender Zylinder ausgelegt sein, dessen Hydraulikleitung zu der Pumpe lediglich ein Steuerventil erfordert. Der wenigstens eine Arbeitszylinder kann aber auch als ein doppelwirkender Zylinder oder als eine doppelwirkende Kombination aus zwei einzelnen Zylindern ausgeführt sein, womit sich eine verbesserte Kraftübertragung ergibt, und zugleich ein räumlich flexibler Verbau möglich ist. Bei einem doppelwirkenden Zylinder wird dabei ein jeweiliges Steuerventil eingesetzt, um einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an jedem Zylinderraum zuzulassen oder zu unterbinden. Der Volumenausgleich unterschiedlicher Zylinderräume des wenigstens einen Zylinders erfolgt bevorzugt über eine Kombination aus einem 2-Druck- Ventil und einem Fluidtank. Aus diesem Fluidtank kann eine Hydraulikflüssigkeit nachgesaugt und gefördert werden, um einen entsprechenden Flüssigkeitsausgleich zu bewirken. Insbesondere dann, wenn der Kolben zurück in die Mittenstellung fährt, kann z.B. über Nachsaugventile Hydraulikflüssigkeit nachgesaugt werden bzw. Hydraulikflüssigkeit zurück in den Tank gefördert werden. Grundsätzlich können aber auch statt z.B. eines Differenzialzylinders zwei Zylinder mit identischen Volumen der Zylinderkammern verwendet werden, womit nicht notwendigerweise ein Fluidtank benötigt wird.

In bevorzugter Weise ist die Pumpe als reversierbar betreibbare Pumpe oder als eine Kombination aus einer einsinnig betreibbaren Pumpe mit einem Ventilblock ausgeführt. Eine reversierbar betreibbare Pumpe stellt dabei die geringsten Anforderungen an den Platzbedarf des Lenksystems, während eine einsinnig betreibbare Pumpe mit einem einfacheren elektrischen Antrieb betrieben werden kann. Das mindestens eine Steuerventil kann grundsätzlich elektromagnetisch und/oder hydraulisch betätigbar sein, um eine hohe Ausfallsicherheit zu gewährleisten.

Die vorstehende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Lenken von Laufrädern wenigstens einer Nachlaufachse eines Fahrzeugs gelöst, bei dem eine Fahrgeschwindigkeit und ein Lenkwinkel von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs detektiert werden und daraus ein Nachlaufwinkel der Laufräder der Nachlaufachse bestimmt wird, wobei die Laufräder der Nachlaufachse über einen Arbeitszylinder angelenkt werden, der einen Permanentmagneten aufweist, welcher mit dessen Kolben verbunden ist und der gegenüber einem Magnetventil verfahren wird, und in einer Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse ein Magnetventil schaltet, das einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder unterbindet, und der Kolben in der Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse blockiert ist. Damit steht zunächst ein elektrohydraulisch entkoppeltes Lenkverfahren für eine Nachlaufachse zur Verfügung, bei dem die Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse angelenkt werden kann. Dadurch wird eine jeweils auf die aktuelle Fahrsituation abgestimmte Anlenkung der Nachlaufachse möglich, die zudem Energiesparpotential eröffnet und hohe Zuverlässigkeit garantiert. Insbesondere ist eine einfache und zuverlässige mechanische Rückführung der Räder einer Nachlaufachse in ihre Geradeausstellung möglich, d.h. auch dann, wenn eine Störung von Pumpe und/oder Elektrik vorliegt.

In einer bevorzugten Ausprägung des Verfahrens ist dabei wenigstens ein Steuerventil in einer Hydraulikleitung zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe angeordnet, das in einer Grundstellung einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe unterbindet, und das in einer Arbeitsstellung einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe freigibt, wobei in der Grundstellung des wenigstens einen Steuerventils und einer Grundstellung des Magnetventils eine Ausgleichsleitung geöffnet wird, die einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder zulässt, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung bewegt und dann das Magnetventil geschaltet wird, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. Damit ist eine zuverlässige, adhäsionsgetriebene Rückführung der Laufräder einer Nachlaufachse aus jeder ausgelenkten Stellung und deren sichereres Halten in einer Geradeausstellung ohne jeglichen Energieaufwand möglich. Auf Grund seiner besonders zuverlässigen und sicheren Arbeitsweise soll das erfindungsgemäße Lenksystem bevorzugt in einem Nutzfahrzeug, insbesondere in einem Lastkraftwagen oder einem Reisebus Verwendung finden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen: Fig. 1 ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen

Lenksystem, und

Fig. 2 das Funktionsschaubild des erfindungsgemäßen Lenksystems der Figur 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER

AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figur 1 zeigt ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs F mit einem ersten erfindungsgemäßen Lenksystem L. Zum Detektieren eines Lenkwinkels α von Laufrädern Rv einer Vorderachse Av ist hier ein Lenkwinkelsensor Sa, und zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit v ein Fahrgeschwindigkeitssensor Sv vorgesehen. Deren Signale werden über eine Signalleitung Wl einer Steuereinheit C übermittelt, die zum Ansteuern eines elektrischen Motors M und einer damit direkt betriebenen reversierbaren hydraulischen Pumpe P ausgebildet ist. Der Lenkwinkel α kann alternativ oder zusätzlich auch direkt am Lenkrad abgegriffen und über eine Signalleitung W2 an die Steuereinheit C übermittelt werden. Andererseits ist die Steuereinheit C über eine Signalleitung W3 mit einem Positionssensor Sl eines doppelwirkenden Zylinders Z verbunden, der die Laufräder Rn einer Nachlaufachse An des Fahrzeugs F in einen Nachlaufwinkel ß bewegen kann.

Das System L wird nur dann durch den Motor M angetrieben, wenn eine aktive Lenkbewegung gefordert ist. Mit der reversierbar betreibbaren Pumpe P ist es möglich, einen Ölstrom in Richtung der einen oder anderen Zylinderkammer des Zylinders Z zu pumpen. Der ausführende Zylinder Z ist hier ein doppelt wirkender Zylinder, der auch als Gleichlauf- oder Differzialzylinder ausgeführt sein kann. Um zum einen den Energiebedarf auch bei Geradeausfahrt reduzieren zu können und zum anderen bei Systemausfall die Laufräder Rn der Nachlaufachse An in Geradeausfahrt (a=0, ß=0) halten zu können, weist ein Kolben K des Zylinders Z einen Permanentmagneten B auf, der ein Magnetventil VI in eine geschlossene Arbeits Stellung AI schaltet, wenn der Kolben K in der Mittenstellung G ist. In einer Grundstellung Nl (Kolben K nicht in der Mittenstellung G) des Magnetventils VI wird eine Ausgleichsleitung X3 zwischen den beiden Zylinderräumen des Zylinders Z geöffnet, die einen Austausch von Öl zulässt, so dass eine adhäsionsgetriebene Bewegung des Kolbens K möglich wird, bis der Permanentmagnet B das Magnetventil VI in seine geschlossene Arbeits Stellung AI (Kolben K in der Mittenstellung G) schaltet und damit diese Ausgleichsleitung X3 schließt. Beim aktiven Lenken werden Steuerventile V2, V3 dagegen in eine bestromte, offene Arbeits Stellung A2, A3 geschaltet, um Leitungen XI, X2 zwischen der Pumpe P und dem entsprechenden Zylinderraum zu öffnen, und die Ausgleichleitung X3 zwischen den beiden Zylinderräumen zu trennen. Wird der Kolben K aus seiner Mittenstellung G ausgelenkt, schaltet das magnetisch betätigte Ventil B, was jedoch keine Auswirkung hat, da der innere Ölkreislauf, d.h. die Ausgleichsleitung X3 von der Pumpe P getrennt ist. Bei Ausfall des Systems werden die Steuerventile V2, V3 stromlos geschaltet und die Nachlaufachse An wird adhäsionsgelenkt, bis sich die Räder Rn in Geradeausstellung befinden und dort gehalten werden.

Aufbauend auf der Figur 1 sollen im Folgenden die einzelnen Betriebszustände des Lenksystems L anhand von Figur 2 näher erläutert werden. Die Figur 2 zeigt das Funktionsschaubild des Lenksystems L der Figur 1 in größerem Maßstab. Höhere Fahrgeschwindigkeit

Bei höheren Geschwindigkeiten kann der elektrische Motor M ausgeschaltet bleiben und die Achse An bleibt hydraulisch gehalten, da die Steuerventile V2, V3 unbestromt sind und das Magnetventil B in eine geschlossene Arbeitstellung AI geschaltet ist.

Aktives Lenken bei niedriger Fahrgeschwindigkeit

Bei aktivem Lenken wird der elektrische Motor M von dem Steuergerät C angesteuert und die Steuerventile V2, V3 sind in ihre bestromte, geöffnete Arbeits Stellung A2, A3 geschaltet, womit die Ausgleichsleitung X3 unterbrochen ist. Der Lenkeinschlag α der Laufräder Rv der Vorderachse Av oder der Lenkwinkel des Lenkrades wird messtechnisch detektiert und über die Signalleitung Wl bzw. W2 an das Steuergerät C weitergegeben. Mit diesen und weiteren Werten, z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit v wird die Sollauslenkung der Räder Rn an der Nachlaufachse An berechnet. Der Motor M, der wiederum mit der Pumpe P verbunden ist, welche das Öl durch die Hydraulikleitungen XI, X2 in den entsprechenden Zylinderraum fördert, wird von dem Steuergerät C angesteuert, wodurch eine Kolbenbewegung ausgelöst wird. Die Ansteuerung erfolgt über einen entsprechenden Regelalgorithmus bis der Sollwert an der Nachlaufachse An erreicht ist.

Ausfall des Lenksystems

Kommt es zu einem Ausfall des Lenksystems L, z.B. durch einen Fehler des elektrischen Motors M, des Lenkwinkel- und/oder Fahrgeschwindigkeitssensors Sa, Sv oder des Steuergerätes C, wird der Motor M abgeschaltet und die Steuerventile V2, V3 z.B. federgetrieben in eine unbestromte, geschlossene Grundstellung N2, N3 überführt. Das Ventil B schaltet magnetisch, je nach Stellung des Kolbens K, um einen sicheren Zustand, also das Halten der Nachlaufachse An in Geradeausstellung der Laufräder Rn wie folgt einzuleiten.

Ausfall bei Geradeausfahrt bei höherer Fahrgeschwindigkeit

Fällt das System L bei der Geradeausfahrt aus, so hat dies keine Auswirkungen. Die beiden Steuerventile V2, V3 sind stromlos geschaltet und stehen somit in ihrer geschlossenen Grundstellung N2, N3. Das Ventil B ist magnetisch geschaltet und befindet sich somit in seiner geschlossenen Arbeits Stellung AI, in der das Öl hydraulisch in den beiden Zylinderkammern eingeschlossen ist. Somit bleiben die Laufräder Rn der Nachlauf achse An in Geradeausfahrstellung.

Ausfall beim unterstützten Lenken bei niedriger Fahrgeschwindigkeit Fällt das System L bei aktivem Lenken aus, so wird eine Ventilsteuerung D wie z.B. ein jeweiliger Magnet eines Steuerventils V2, V3 stromlos geschaltet, wodurch das jeweilige Ventil V2, V3 z.B. federgetrieben seine unbestromte, geschlossene Grundstellung N2, N3 einnimmt. Durch diesen Vorgang wird die Pumpe P hydraulisch von den Zylinderräumen getrennt. Ist die Nachlaufachse An ausgelenkt, wirken die Achskräfte entsprechend dem Kurvenradius auf die Laufräder Rn, die derart adhäsionsgetrieben in eine Geradeausfahrstellung drängen. Wird das Fahrzeug F aus einer Kurvenfahrt in eine Geradeausfahrt gebracht, wirken die Achsrückstellkräfte auf die Lenkung in Richtung Geradeausfahrt, wobei diese Bewegung durch das Magnetventil B ermöglicht wird, das sich in seiner offenen Grundstellung Nl befindet und somit die Ausgleichsleitung X3 freigibt, bis der Permanentmagnet B des Kolbens K seine Mittenstellung G erreicht. Nach Erreichen dieser Mittenstellung G schaltet der Permanentmagnet B das Magnetventil VI in seine geschlossene Arbeits Stellung AI und trennt damit die beiden Zylinderräume voneinander. Somit ist die Nachlaufachse An hydraulisch gesperrt.

Natürlich sind auch andere konkrete technische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems denkbar, die im Wissen und Können des Fachmanns stehen. Wichtig ist, dass die automatische mechanische Zurückführung der Nachlaufachse in ihre Mittenstellung im Fehlerfall gewährleistet ist. In der Summe entsteht damit ein Lenksystem, das einen aktuellen Fahrzustand eines Fahrzeugs umfassend berücksichtigt, das energieeffizient und zuverlässig arbeitet, und das einfach und kostengünstig zu realisieren ist. Grundsätzlich ist ein solches Lenksystem darüber hinaus nicht nur auf die Führung von Nachlaufachsen, sondern auch auf andere gelenkte Hinterachsen, wie z.B. Vorlaufachsen anwendbar.

Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.

Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

AI Arbeits Stellung des Magnetventils

A2, A3 Arbeits Stellung der Steuerventile

An Nachlaufachse

Av Vorderachse

B Permanentmagnet

C Steuergerät

D Ventilsteuerung

F Fahrzeug

G Mittenstellung des Kolbens

K Kolben

L Lenksystem

M Motor

Nl Grundstellung des Magnetventils

N2, N3 Grundstellung des Steuerventiles

P Pumpe

Rn Laufräder der Nachlaufachse

Rv Laufräder der Vorderachse

Sl Positionssensor

Sv Fahrgeschwindigkeitssensor

Sa Lenkwinkelsensor

V Geschwindigkeit des Fahrzeugs

VI Magnetventil

V2, V3 Steuerventile

V4, V5 Rückschlagventile

W1. W2, W3 Signalleitung

XI, X2 Hydraulikleitungen

X3 Ausgleichsleitung

Z Arbeitszylinder

a Lenkwinkel Vorderachse ß Lenkwinkel Nachlaufachse

Claims

ANSPRÜCHE

1. Lenksystem (L) für wenigstens eine Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F), umfassend:

einen Lenkwinkelsensor (Sa) zum Detektieren eines Lenkwinkels (a) von Laufrädern (Rv) einer Vorderachse (Av) des Fahrzeugs (F);

einen Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv) zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (F);

einen elektrischen Motor (M) zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe (P), die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder (Z) zum Anlenken der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) verbunden ist; ein Steuergerät (C), das einerseits mit dem Lenkwinkelsensor (Sa) und dem Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv), und andererseits mit dem elektrischen Motor (M) in Verbindung steht oder in Verbindung treten kann, und dazu ausgebildet ist, aus dem Lenkwinkel (a) und der Fahrgeschwindigkeit (v) einen Nachlaufwinkel (ß) von Laufrädern (Rn) an der Nachlaufachse (An) des Fahrzeugs (F) zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel (ß) den Motor (M) zu schalten, wobei

ein Kolben (K) im Arbeitszylinder (Z) einen Permanentmagneten (B) aufweist, der gegenüber einem Magnetventil (VI) verfahrbar ist, das in einer Geradeausstellung der Laufräder (Rn) der Nachlauf achse (An) von dem Permanentmagneten (B) in eine Arbeits Stellung (AI) geschaltet ist, in der ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder (Z) unterbunden und der Kolben (K) in der Geradeausstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) blockiert ist.

2. Lenksystem (L) nach Anspruch 1, bei dem wenigstens ein Steuerventil (V2, V3) in einer Hydraulikleitung (XI, X2) zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) angeordnet ist, das in einer Grundstellung (N2, N3) einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) unterbindet, und in einer Arbeitsstellung (A2, A3) einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) freigibt, wobei in der Grundstellung (N2, N3) des wenigstens einen Steuerventils (V2, V3) und einer Grundstellung (Nl) des Magnetventils (VI) eine Ausgleichsleitung (X3) geöffnet ist, die einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder (Z) zulässt, so dass der Kolben (K) adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung (G) bewegbar ist, in welcher das Magnetventil (VI) geschaltet ist, und die Laufräder (Rn) der Nachlauf achse (An) in einer Geradeausstellung blockiert sind.

Lenksystem nach Anspruch 2, bei dem das Steuergerät dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit das wenigstens eine Steuerventil (V2, V3) in eine Grundstellung (N2, N3) zu schalten.

Lenksystem (L) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der wenigstens eine Arbeitszylinder (Z) als ein doppelwirkender Zylinder oder als eine doppelwirkende Kombination aus zwei einzelnen Zylindern ausgeführt ist.

Lenksystem (L) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Volumenausgleich unterschiedlicher Zylinderräume des wenigstens einen Zylinders (Z) über eine Kombination aus einem 2-Druck- Ventil und einem Fluidtank erfolgt.

Lenksystem (L) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Pumpe (P) als reversierbar betreibbare Pumpe oder als eine Kombination aus einer einsinnig betreibbaren Pumpe mit einem Ventilblock ausgeführt ist.

Verfahren zum Lenken von Laufrädern (Rn) wenigstens einer Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F), bei dem eine Fahrgeschwindigkeit (v) und ein Lenkwinkel (a) von Laufrädern (Rv) einer Vorderachse (Av) des Fahrzeugs (F) detektiert werden und daraus ein Nachlaufwinkel (ß) der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) bestimmt wird, wobei die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) über einen Arbeitszylinder (Z) angelenkt werden, der einen Permanentmagneten (B) aufweist, welcher mit dessen Kolben (K) verbunden ist und der gegenüber einem Magnetventil (VI) verfahren wird, und in einer Geradeausstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) ein Magnetventil (VI) schaltet, das einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder (Z) unterbindet, und der Kolben (K) in der Geradeausstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) blockiert ist.

Verfahren nach Anspruch 7, bei dem wenigstens ein Steuerventil (V2, V3) in einer Hydraulikleitung (XI, X2) zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) angeordnet ist, das in einer Grundstellung (N2, N3) einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) unterbindet, und das in einer Arbeitsstellung (A2, A3) einen Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) freigibt, wobei in der Grundstellung (N2, N3) des wenigstens einen Steuerventils (V2, V3) und einer Grundstellung (Nl) des Magnetventils (VI) eine Ausgleichsleitung (X3) geöffnet wird, die einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an dem Arbeitszylinder (Z) zulässt, so dass der Kolben (K) adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung (G) bewegt und das Magnetventil (VI) geschaltet wird, und die Laufräder (Rn) der Nachlauf achse (An) in einer Geradeausstellung blockiert sind.

Verwendung eines Lenksystems (L) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Nutzfahrzeug, insbesondere in einem Lastkraftwagen oder einem Reisebus.