WO2016045896A1 - Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs - Google Patents

Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs Download PDF

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WO2016045896A1
WO2016045896A1 PCT/EP2015/069495 EP2015069495W WO2016045896A1 WO 2016045896 A1 WO2016045896 A1 WO 2016045896A1 EP 2015069495 W EP2015069495 W EP 2015069495W WO 2016045896 A1 WO2016045896 A1 WO 2016045896A1
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vehicle
axle
working cylinder
steering
wheels
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PCT/EP2015/069495
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Kai Eckmann
Stefan Häussler
Falk Hofmann
Michael Hägele
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Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
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Priority to US15/514,547 priority patent/US10370027B2/en
Priority to BR112017005965-7A priority patent/BR112017005965B1/pt
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    • B62D7/142—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering specially adapted for particular vehicles, e.g. tractors, carts, earth-moving vehicles, trucks
    • B62D7/144—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering specially adapted for particular vehicles, e.g. tractors, carts, earth-moving vehicles, trucks for vehicles with more than two axles

Definitions

  • NLA trailing axles
  • NLA active steering of the NLA is desired only at low speeds. At higher vehicle speeds, no steering of the NLA is desired, as this negatively affects stable driving.
  • the NLA must be fixed at a certain vehicle-dependent speed, so as not to cause an unstable driving condition.
  • the state of the art is that the NLA is articulated via a hydraulic cylinder.
  • the oil is pumped into one or the other cylinder chamber via a pump that is driven by the internal combustion engine, depending on how the valves are switched. Therefore, especially in the straight-ahead driving, in which the vehicle is a long time, the hydraulic pump would be constantly driven, although this is not required. In this operating condition, the hydraulics generate losses that are not countered by added value. This is contrary to the demand for a lower fuel consumption of the vehicle.
  • the problem is solved by the steering pump is not driven by the internal combustion engine, but via an electric motor. Since the electric motor can drive equally in both directions, one or the other can with a reversible pump depending on the direction of rotation
  • Cylinder space are acted upon.
  • German patent DE 4414161 C1 a multi-axle steering system is described, in which a master cylinder is controlled. Depending on the position of the master cylinder on the front axle, the slave cylinder reacts on the rear axle.
  • a disadvantage of this system is the direct dependence on the respective position of the master cylinder. Thus, there is no possibility of a speed-dependent influence on the rear axle with this system.
  • DE 103 51 482 A1 shows a steering system in which a hydraulic
  • hinged vehicle rear axle is held with an additional locking device in the current position or hinged back adhesion-deflected in a central position and then locked.
  • this requires more components, requires additional space and is therefore expensive.
  • Steering axle is applied, if this is also active - so when steering lock - is needed.
  • this system can only be implemented with great effort for a rear-axle steering, which is to be locked in straight ahead driving from a certain speed range.
  • DE 10 2012 105 976 A1 discloses a steering system for a
  • a valve In the fluid connection between the center bore and pump, a valve is connected, which prevents a fluid flow there in the working position.
  • the valve is de-energized in the event of a fault and then allows a fluid flow.
  • This valve is designed as a slide valve.
  • Gate valves are however dirt susceptible. For example, metal particles floating around in the hydraulic fluid in the steering system may jam the piston.
  • the pump is each with a connecting line with the two
  • Hydraulic fluid is virtually always pushed back and forth in the circuit. This causes several disadvantages, since air pockets in the circuit.
  • Hydraulic fluid can not be routed out. Especially at the first filling, the system can be poorly vented. Furthermore, in the circuit no filter for filtering out dirt from the
  • Hydraulic fluid to be installed, since the hydraulic fluid flows in both directions.
  • the object of the present invention is to provide a steering system for a
  • the object is achieved in that instead of a slide valve several seat valves are used. These have the advantage that metal particles in the Hydraulic fluid can not affect the function of the valve, but be washed out again.
  • the poppet valves are installed in the housing and connected to the cylinder via solid, solid lines. These solid lines may be drilled oil channels in the housing or metal tubes running on the housing. As a result, a failure of the system is prevented by line break, which in previous systems in which the
  • Fig. 1 shows a functional diagram of a vehicle.
  • a steering angle sensor S a For detecting a steering angle of wheels of a front axle here is a steering angle sensor S a , and for detecting a vehicle speed v a
  • FIG. 2 shows the hydraulic circuit diagram of the entire steering system.
  • the data obtained by a steering angle sensor which measures the steering angle at the front axle and data obtained from a vehicle speed sensor are input to a controller 1 .1.
  • the control unit 1 .1 calculates from the data a caster angle of wheels on the trailing axle of the vehicle and controls accordingly an electric motor 1 .2.
  • Fluid connection between the center bore and the oil tank is connected, and which releases a fluid flow between the center bore of the working cylinder and the oil tank in a basic position, and which prevents a fluid flow between the center bore of the working cylinder and the oil tank in a working position, and wherein the control unit for Recognizing malfunctions and in the event of a malfunction for switching the valve is formed in its normal position, so that the piston is driven adhesion driven to its center position, in which the piston closes the central bore, and the wheels of the trailing axle are blocked in a straight-ahead position.
  • the pump can be the system by appropriate switching of the valve in a safe state to be transferred. While the valve is e.g.
  • the control unit can be designed to switch the motor off when a predeterminable vehicle speed is exceeded.
  • the trailing axle is thus - automatically from a certain presettable speed - i. driven by adhesion in their center position and held there, so that their wheels are in straight-ahead driving position. Since this center position can be maintained without further energy consumption, the power consumption of the system is minimal.
  • the pump is designed as a reversibly operable pump or as a combination of a one-way operable pump with a valve block.
  • a reversibly operable pump is the least Requirements for the space requirement of the steering system, while a one-way operable pump requires a simpler electric drive.
  • Each cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2 is associated with a return valve 10, 10.1, which is closed when filling the cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2.
  • the return valve 10, 10.1 of the other cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2 is opened and thereby the
  • Reflux from the other cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2 through the filter 5 to the tank 6 allows.
  • the mid-position valve 12 has a defined flow area for the open switch position, whereby the return speed of the
  • the axle can be actively held by the motor here, but energy is consumed.
  • the axis is held by trapped in the cylinder 1 1 oil.
  • the axis is actively returned from the engine to the straight ahead driving position and then the steering system is switched passive, ie the mid-position valve 12 is closed and thus blocks together with the Check valves 9 and 9.1, the cylinder space.
  • the advantage here is that no more energy is needed by the engine.
  • Active steering low driving speed
  • the steering angle of the front axle is detected metrologically and transmitted to the control unit 1 .1 of the rear axle steering.
  • the vehicle speed of the setpoint of the rear axle is calculated and the motor 1 .2 driven by the control unit 1 .1.
  • the actual value is detected and the
  • Mid-position valve 12 is in its normal position and the axis is returned via the wheel forces and the desired damping via the center bore 1 1 .3 in the straight-ahead position, i. safe condition. There, the axis is held as explained below.
  • Middle position valve 12 de-energized, whereby it assumes its basic position. If the piston is in the straight-ahead position, it can not be moved any further - thus the axle remains held.
  • the axis is deflected, it is not possible to actively bring the axis into the middle position in the case of many errors.
  • the currentless switching of the mid-position valve 12 prevents the axle from being deflected further than it is at that moment.
  • the Achsrepstell rule try to move the cylinder in the direction of straight travel, this movement is made possible by the center position hole 1 1 .3 in the cylinder until the piston reaches the center position. After reaching the center position, the axis is held in this position, since the piston closes the middle position hole 1 1 .3.
  • the speed of the axis movement in the event of failure can be adjusted so that no critical driving condition arises.

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
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Abstract

Lenksystem für wenigstens eine Nachlauf- oder Vorlaufachse eines Fahrzeuges, umfassend: - einen Lenkwinkelsensor zur Messung eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs, - einen Fahrgeschwindigkeitssensor zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, - einen elektrischen Motor (1.2), der eine hydraulische Pumpe (2) antreibt, - einen Arbeitszylinder (11) zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse, der mit der hydraulischen Pumpe (2) verbunden ist, - ein Steuergerät (1.1), welches mit Hilfe der Daten des Lenkwinkelsensors und des Fahrgeschwindigkeitssensors einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeuges bestimmt und den elektrischen Motor entsprechend ansteuert, - wobei der Arbeitszylinder (11) eine Mittelstellungsbohrung (11.3) aufweist, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (11) abgebbar ist und wobei ein Kolben in der Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse die Mittelstellungsbohrung (11.3) verschließt, - der Arbeitszylinder (11) ist mit Rückflussventilen (10 und 10.1) verbunden, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann, - die Mittelstellungsbohrung (11.3) des Arbeitszylinders (11) ist mit einem Mittelstellungsventil (12) verbunden, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann, und - die Rückflussventile (10 und 10.1) und das Mittelstellungsventil (12) sind als Sitzventil ausgeführt.

Description

Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Lenksysteme und insbesondere ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 .
Stand der Technik
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.
Bei solchen Systemen ist es vorteilhaft, dass bei einem Ausfall oder bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Achse in Geradeausstellung gehalten werden kann.
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. 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. Das Problem wird dadurch gelöst, indem 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.
In der deutschen Patentschrift DE 4414161 C1 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. Die DE 103 51 482 A1 zeigt 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, benötigt zusätzlichen Bauraum und ist somit teuer.
Die DE 10 2006 008 436 A1 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.
Schließlich offenbart die DE 10 2012 105 976 A1 ein Lenksystem für eine
Nachlaufachse mit einer elektronischen Steuerung bei dem das Anlenken der Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse stattfindet. Die Pumpe wird über einen Elektromotor angetrieben, wodurch das System energieeffizient arbeitet. Die Blockierfunktion ist in einfachster Weise dadurch realisiert, dass bei der adhäsionsgetriebenen Rückbewegung des Kolbens Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder durch eine Mittenbohrung abgegeben wird. Erreicht der Kolben diese Mitten bohrung, verschließt er sie und blockiert damit eine weitere
Bewegung.
In der Fluidverbindung zwischen Mitten bohrung und Pumpe ist ein Ventil geschaltet, welches in der Arbeitsstellung einen Fluidfluss dort unterbindet. Das Ventil wird im Fehlerfall stromlos geschaltet und ermöglicht dann einen Fluidfluss. Dieses Ventil ist als Schieberventil ausgeführt.
Schieberventile sind allerdings schmutzanfällig. Beispielsweise können bei dem Lenksystem in der Hydraulikflüssigkeit herumschwimmende Metallpartikel den Kolben verklemmen.
Die Pumpe ist mit jeweils einer Verbindungsleitung mit den beiden
Zylinderräumen des Arbeitszylinders verbunden. Wird der erste Zylinderraum mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, drückt der Kolben die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Zylinderraum über die Verbindungsleitung in Richtung Pumpe. Die beiden Verbindungsleitungen sind damit gleichzeitig Zu- und Rückleitung. Die
Hydraulikflüssigkeit wird in dem Kreislauf praktisch immer hin und her geschoben. Dadurch entstehen mehrere Nachteile, da Lufteinschlüsse in der
Hydraulikflüssigkeit nicht herausgeleitet werden können. Insbesondere bei der Erstbefüllung kann das System schlecht entlüftet werden. Weiterhin kann in den Kreislauf kein Filter zum Herausfiltern von Schmutzteilen aus der
Hydraulikflüssigkeit eingebaut werden, da die Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen fließt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lenksystem für eine
Nachlaufachse bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile beseitigt sind. Ein Ausfall des Systems durch Verklemmen des Ventilkolbens oder durch Leitungsbruch soll vermieden werden. Darüber hinaus soll es möglich sein, dass das System einfach entlüftet und die Hydraulikflüssigkeit durch Filterung gesäubert werden kann.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass statt eines Schieberventils mehrere Sitzventile verwendet werden. Diese haben den Vorteil, dass Metallpartikel in der Hydraulikflüssigkeit die Funktion des Ventils nicht beinträchtigen können, sondern wieder heraus geschwemmt werden. Die Sitzventile sind im Gehäuse eingebaut und über feste stabile Leitungen an den Arbeitszylinder angeschlossen. Diese festen Leitungen können gebohrte Ölkanäle im Gehäuse oder am Gehäuse verlaufende Metallrohre sein. Dadurch wird ein Ausfall des Systems durch Leitungsbruch verhindert, welcher in bisherigen Systemen, bei denen die
Komponenten durch Schläuche miteinander verbunden waren, vorkommen konnte. Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, dass nun eine Rückleitung vom Arbeitszylinder zu einem Öltank vorgesehen ist. Die Pumpe saugt zunächst immer aus dem Öltank und leitet das Öl zum Arbeitszylinder. Der Arbeitszylinder schiebt das Öl dann über die Rückleitung wieder zum Tank, wo sich dann mögliche Lufteinschlüsse absetzen können. Damit ist die Ölflußrichtung eindeutig in jeder Leitung definiert. Somit ist es nun auch möglich, Filter einzubauen, um das Öl von Schmutzteilchen zu reinigen.
Fig. 1 zeigt ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs. Zum Detektieren eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse ist hier ein Lenkwinkelsensor Sa, und zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit v ein
Fahrgeschwindigkeitssensor Sv vorgesehen. Deren Signale werden über eine Signalleitung an das Lenksystem LS der Nachlaufachse übermittelt.
Die Figur 2 zeigt den hydraulischen Schaltplan des gesamten Lenksystems. Die von einem Lenkwinkelsensor, welcher den Lenkwinkel an der Vorderachse misst, und von einem Fahrgeschwindigkeitssensor ermittelten Daten werden in ein Steuergerät 1 .1 eingegeben. Das Steuergerät 1 .1 berechnet aus den Daten einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeugs und steuert entsprechend einen elektrischen Motor 1 .2 an.
Der elektrische Motor 1 .2 dient zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe 2, die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder 1 1 zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse verbunden ist. Der Arbeitszylinder 1 1 verfügt über eine Mittenbohrung 1 1 .3, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder 1 1 abgebbar ist, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in eine Mittenstellung bewegbar ist, in welcher er die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. Bei diesem elektrohydraulischen Lenksystem erfolgt das Anlenken der
Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse da das Lenkrad nicht mechanisch mit der zu lenkenden Achse verbunden ist. 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 Hydraulik jederzeit automatisch, d.h. ädhäsionsgetrieben aus jedem Auslenkungswinkel in ihre Geradeausstellung bringbar und dort auch zuverlässig blockierbar, ohne dass dazu eine zusätzliche Elektronik und/oder Hydraulik notwendig wäre.
Bei der adhäsionsgetriebenen Bewegung des Kolbens in Richtung der
Mittenbohrung wird die Hydraulikflüssigkeit aus einem Zylinderraum in Richtung Öltank hin abgegeben, während in den anderen Zylinderraum - ohne
Pumpeneinsatz - Flüssigkeit nachgesogen wird. Sobald die Mittenbohrung durch den Kolben verschlossen wird, ist dessen weitere Bewegung durch die beidseitig sozusagen eingesperrte Hydraulikflüssigkeit blockiert, so dass die Räder der Nachlaufachse sicher in ihrer Geradeausstellung gehalten werden. Bei einem Ausfall der Hydraulik 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. Das erfindungsgemäße Lenksystem kann damit auch bei Anhängern, Aufliegern oder einer zweiten gelenkten Vorderachse eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Lenksystem weist ein Ventil auf, das in eine
Fluidverbindung zwischen der Mittenbohrung und dem Öltank geschaltet ist, und das in einer Grundstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und dem Öltank freigibt, und das in einer Arbeitsstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und dem Öltank unterbindet, und bei dem das Steuergerät zum Erkennen von Störungen und im Fall einer Störung zum Schalten des Ventil in seine Grundstellung ausgebildet ist, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung bewegbar ist, in welcher der Kolben die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. Bei einem Ausfall z.B. der Pumpe kann das System durch entsprechende Schaltung des Ventils in einen sicheren Zustand überführt werden. Während das Ventil z.B. im störungsfreien Betrieb des Lenksystems in seiner Arbeitsstellung steht, in welcher der Kolben nur über die Pumpe bewegbar ist, kann es dann, wenn es zu einer Störung kommt, durch Öffnen der Mittenbohrung dessen Bewegung in die Mittenstellung zulassen. In dieser Grundstellung ist das Ventil stromlos geschaltet und lässt sich damit energielos und somit besonders zuverlässig halten, wobei auch die deaktivierte Pumpe keine zusätzliche Energie mehr benötigt. Die Mittenstellung des Kolbens kann zuverlässig gehalten werden, da dieser die Mittenbohrung des Zylinders verschließt und ein weiterer Austritt von Hydraulikflüssigkeit nicht mehr möglich ist.
Das Steuergerät kann dabei dazu ausgebildet sein, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit auch den Motor stromlos zu schalten. Die Nachlaufachse wird damit - ab einer gewissen voreinstellbaren Geschwindigkeit - automatisch, d.h. adhäsionsgetrieben 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.
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 einen einfacheren elektrischen Antrieb benötigt.
Die Pumpe 2 saugt über die Nachsaugventile 3, 3.1 Öl aus dem Ölbehälter 6. Da grober Schmutz im Öltank 6 sein kann, sind zur Absicherung zwei Filter 4, 4.1 in der Saugleitung angeordnet.
Beim Lenkvorgang fördert die Pumpe 2 über die Zuleitung 7, 7.1 durch die Filter 8, 8.1 und die Rückschlagventile 9, 9.1 Öl in einen Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2.
Jedem Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2 ist ein Rückflussventil 10, 10.1 zugeordnet, welches beim Befüllen des Zylinderraumes 1 1 .1 , 1 1 .2 geschlossen ist. Durch den Druckaufbau in einem Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2 wird das Rückflussventil 10, 10.1 des jeweils anderen Zylinderraumes 1 1 .1 , 1 1 .2 geöffnet und dadurch der
Rückfluss aus dem anderen Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2 durch den Filter 5 zum Tank 6 ermöglicht.
Das Mittelstellungsventil 12 weist für die geöffnete Schaltstellung einen definierten Durchflußquerschnitt auf, wodurch die Rückstellgeschwindigkeit der
Nachlaufachse genau eingestellt werden kann.
Im Folgenden werden die verschiedenen Betriebszustände beschrieben. Geradeausfahrt, höhere Fahrgeschwindigkeit
Bei der Geradeausfahrt mit höherer Fahrgeschwindigkeit wird die Nachlaufachse nicht angelenkt sondern muss in der Geradeausstellung gehalten werden.
Die Achse kann hier aktiv durch den Motor gehalten werden, wodurch aber Energie verbraucht wird.
Bevorzugt wird daher die Achse durch im Zylinder 1 1 eingeschlossenes Öl gehalten. Hierbei wird die Achse aktiv vom Motor auf Geradeausfahrtposition zurückgeführt und anschließend das Lenksystem passiv geschaltet, d.h. das Mittelstellungsventil 12 wird geschlossen und sperrt somit zusammen mit den Rückschlagventilen 9 und 9.1 die Zylinderraume ein. Vorteil hierbei ist, dass keine Energie mehr vom Motor benötigt wird.
Aktives Lenken, niedrige Fahrgeschwindigkeit Bei aktivem Lenken wird der Lenkeinschlag der Vorderachse messtechnisch detektiert und an das Steuergerät 1 .1 der Hinterachslenkung übermittelt. Mit diesen und weiteren Parametern z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Sollwert der Hinterachse berechnet und der Motor 1 .2 vom Steuergerät 1 .1 angesteuert. Über den Lagesensor 13 wird der Istwert detektiert und zur
Regelung verwendet.
Dieser treibt direkt eine reversierbare Pumpe 2 an. Diese fördert z.B. in Richtung Zuleitung 7 zur Zylinderseite 1 1 .1 . Die Pumpe 2 saugt immer über die
Nachsaugventile 3 und 3.1 gefiltertes Öl aus dem Ölbehälter 6. Durch den Druckaufbau in Zylinderkammer 1 1 .1 wird das Rückflussventil 10.1 geschaltet und der Rückstrom aus Zylinderkammer 1 1 .2 durch den Filter 5 zum Tank 6 ermöglicht.
Die Ansteuerung des Motors 1 erfolgt über einen entsprechenden
Regelalgorithmus bis der Sollwert der Hinterachse erreicht ist. Ausfall des Lenksystems
Kommt es zu einem Ausfall des Lenksystems (z.B. ein Fehler des Motors 1 .2, Sensors 13 oder des Steuergerätes 1 .1 ) wird Motor 1 .2 abgeschaltet, das
Mittelstellungsventil 12 geht in seine Grundstellung und die Achse wird über die Radkräfte und die gewünschte Dämpfung über die Mittenbohrung 1 1 .3 in die Geradeausfahrtstellung zurückgeführt, d.h. sicherer Zustand. Dort wird die Achse wie nachfolgend erläutert gehalten.
Ausfall bei Geradeausfahrt, höhere Fahrgeschwindigkeit Fällt das System bei der Geradeausfahrt aus, so hat dies keine Auswirkungen, da die Kolbendichtung die Mittelstellungsbohrung verschlossen hat und die
Rückschlagventile 9 und 9.1 keinen Rückfluss des Öls aus dem Zylinder 1 1 ermöglichen, d.h. Zylinder ist hydraulisch blockiert.
Ausfall beim unterstützten Lenken, niedrige Fahrgeschwindigkeit Fällt das System bei aktivem Lenken aus, so wird der Magnet des
Mittelstellungsventils 12 stromlos geschaltet, wodurch es seine Grundstellung einnimmt. Befindet sich der Kolben in der Geradeausfahrtposition, so kann dieser nicht weiter bewegt werden - demnach bleibt die Achse gehalten.
Ist die Achse ausgelenkt, so besteht bei vielen Fehlerfällen nicht die Möglichkeit die Achse aktiv in Mittelstellung zu bringen. Bei einer Kurvenfahrt wird durch das Stromlosschalten des Mittelstellungsventils 12 verhindert, dass die Achse weiter ausgelenkt, als sie in diesem Moment befindet. Die Achsrückstellkräfte versuchen den Zylinder in Richtung Geradeausfahrt zu bewegen, diese Bewegung wird durch die Mittelstellungsbohrung 1 1 .3 im Zylinder ermöglicht, bis der Kolben die Mittenposition erreicht. Nach Erreichen der Mittenposition wird die Achse in dieser Stellung gehalten, da der Kolben die Mittelstellungsbohrung 1 1 .3 verschließt.
Durch die Mittelstellungsbohrung 1 1 .3 bzw. einer Drossel im Mittelstellungsventil 12 kann die Geschwindigkeit der Achsbewegung im Falle des Ausfalls so eingestellt werden, dass kein kritischer Fahrzustand entsteht.
Für die Zurückbewegung des Kolbens in Richtung der Mittelstellung muss aus dem Tank 6 Öl nachgesaugt werden. Dies erfolgt über die Nachsaugventile 3 und 3.1 sowie die Rückschlagventile 9 und 9.1 .
Bezuqszeichenliste
1.1 Steuergerät
1.2 Elektrischer Motor
2 Pumpe
3/3.1 Nachsaugventil
4/4.1 Filter
5 Filter
6 Tank
7/7.1 Zuleitung
8/8.1 Filter
9/9.1 Rückschlagventil
10/10.1 Rückflussventil
11 Arbeitszylinder
11.1/11.2 Zylinderraum
11.3 Mittelstellungsbohrung
13 Lagesensor

Claims

Patentansprüche
Lenksystem für wenigstens eine Nachlauf- oder Vorlaufachse eines
Fahrzeuges, umfassend:
- einen Lenkwinkelsensor zur Messung eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs,
- einen Fahrgeschwindigkeitssensor zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs,
- einen elektrischen Motor (1 .2), der eine hydraulische Pumpe (2) antreibt,
- einen Arbeitszylinder (1 1 ) zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse, der über Zuleitungen (7 und 7.1 ) mit der hydraulischen Pumpe (2)
verbunden ist,
- ein Steuergerät (1 .1 ), welches mit Hilfe der Daten des Lenkwinkelsensors und des Fahrgeschwindigkeitssensors einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeuges bestimmt und den elektrischen Motor entsprechend ansteuert,
- wobei der Arbeitszylinder (1 1 ) eine Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) aufweist, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (1 1 ) abgebbar ist und wobei ein Kolben in der Geradeausstellung der Laufräder der
Nachlaufachse die Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) verschließt,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Arbeitszylinder (1 1 ) mit Rückflussventilen (10 und 10.1 ) verbunden ist, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann,
- dass die Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) des Arbeitszylinders (1 1 ) mit einem Mittelstellungsventil (12) verbunden ist, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann, und
- dass die Rückflussventile (10 und 10.1 ) und das Mittelstellungsventil (12) als Sitzventil ausgeführt sind.
Lenksystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Rücklaufleitung vom Arbeitszylinder (1 1 ) zum Tank (6) ein Filter (5) zur Reinigung der Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist. Lenksystem nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Saugleitungen Filter (4 und 4.1 ) angeordnet sind.
Lenksystem nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Zuleitungen (7 und 7.1 ) Filter (8 und 8.1 ) angeordnet sind.
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