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Die
vorliegende Erfindung geht aus von einer hydraulischen Servolenkung
für Kraftfahrzeuge
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Der
gattungsbildende Stand der Technik ist in der deutschen Patentschrift
DE 102 54 688 B3 beschrieben.
Es handelt sich hierbei um eine Kraftfahrzeugservolenkung mit einem
Drehschieberventil, wobei das Drehschieberventil zwei relativ zueinander verdrehbare
und von einem Drehstab in eine Neutralstellung zurückstellbare
Steuerteile aufweist. Zwei Rückwirkungsanordnungen
sind vorgesehen, die abhängig
von einem hydraulischen Druck ein Drehmoment auf die beiden Steuerteile
erzeugen können. Dabei
wirken die beiden Rückwirkungsanordnungen in
entgegengesetzter Drehrichtung, so dass über eine zugeordnete Steuerung
ein Einfluss auf die Drehrichtung der Lenkung unabhängig von
dem Drehmoment erzielt werden kann, welches vom Fahrer am Lenkrad
in die Lenkung eingeleitet wird. Es handelt sich also um eine sogenannte
aktive Lenkung, da in Abhängigkeit
von ei ner elektronischen Steuerung autonome Lenkeingriffe vorgenommen werden
können.
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Bei
dieser Lenkung sind die Rückwirkungsanordnungen
mechanisch im Drehschieberventil realisiert. Dieser mechanische
Aufbau erfordert eine sehr präzise
Fertigung, um in der Neutralstellung praktisch drehmomentfrei zu
sein. Außerdem
wirkt die Vorrichtung nur mittelbar, nämlich über eine Beeinflussung des
Drehschieberventils, auf den Servomotor.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische
Servolenkung der gattungsgemäßen Art
zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird von einer Servolenkung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weil
elektrisch steuerbare Ventilmittel vorgesehen sind, die parallel
zu dem Drehschieberventil geschaltet sind und die einerseits mit
der Druckleitung und andererseits mit jeweils einer Zuleitung kommunizieren,
kann unabhängig
von der Stellung des Drehschieberventils der eine oder der andere
Arbeitsraum des Servomotors mit Druck beaufschlagt werden und dadurch
ein aktiver Eingriff in die Lenkung erzielt werden. Dabei wird der
Lenkimpuls unmittelbar hydraulisch im Servomotor generiert und nicht
mittelbar über
eine mechanische Auslenkung des Drehschieberventils erzeugt.
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Der
aktive Lenkeingriff ist besonders gut steuerbar, wenn die Ventilmittel
zwei elektrisch steuerbare variable Blenden sind. Es kann auch vorgesehen
sein, dass die Ventilmittel zwei elektrisch steuerbare 2/2-Wegeventile
sind. Diese Ausführungsform ist
kostengünstig
herzustellen. Eine einfache Sicherheitsfunktion lässt sich
erzielen, wenn die Ventilmittel in der hohen Stellung geschlossen
sind. Dann ist insbesondere bei einem Spannungsausfall kein abrupter,
für den
Fahrer unerwarteter Lenkeingriff möglich.
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Besonders
wirksam ist die neue Kraftfahrzeuglenkung, wenn das Drehschieberventil
ein Ventil mit geschlossener Mitte ist. In diesem Fall ist der Vordruck
in der Druckleitung besonders hoch, so dass durch Ansteuerung der
Ventilmittel ein wirksamer autonomer Lenkeingriff erzeugt werden
kann.
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Es
kann weiter in der Steuerung vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit
von Eingangsgrößen die Ventilmittel
angesteuert werden und dass die Ventilmittel bei einer Inkonsistenz
zwischen den Eingangsgrößen und
den Ausgangssignalen geschlossen werden, um keine fälschlichen
autonomen Lenkeingriffe zu erzeugen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1:
einen schematischen Hydraulikschaltplan für eine Servolenkung mit steuerbaren Drosselventilen;
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2:
einen Hydraulikschaltplan mit 2/2-Wegeventilen;
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3:
eine Darstellung der effektiv wirkenden Blenden im Betrieb; sowie
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4:
eine Ausführungsform
der Erfindung mit einem Closed-Center-Ventil.
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Die 1 zeigt
einen Hydraulikschaltplan für eine
erfindungsgemäße Servolenkung.
Die Servolenkung weist eine Hydraulikpumpe 1 auf, die aus
einem Vorratsbehälter 2 Hydraulikflüssigkeit
in eine Druckleitung 3 fördert. Ein Drehschieberventil 4 verteilt
in Abhängigkeit
von dem Drehmoment, welches über ein
Lenkrad 5 in das Drehschieberventil 4 eingeleitet wird,
die Hydraulikflüssigkeit
auf zwei Arbeitsräume a,
b eines Servomotors 6.
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Das
Drehschieberventil 4 ist bei dieser Ausführungsform
ein Ventil mit offener Mitte. Es weist insgesamt 4 hydraulische
Blenden 4a, 4b, 4c und 4d auf,
die in der Neutralstellung der Lenkung offen sind. Die Blenden 4a und 4b sind
dabei gleich groß,
ebenso die Blenden 4c und 4d. Deshalb ist der
Druck in den Arbeitsräumen
a und b des Servomotors 6 ebenfalls gleich groß. Der Druck
in der Druckleitung 3 wird bestimmt durch den Querschnitt
der Blenden 4a und 4c, die strömungsmäßig in Reihe geschaltet sind,
sowie der Blenden 4b und 4d, die ebenfalls zueinander in
Reihe liegen. Die beiden Blendenpaare 4a, 4c und 4b, 4d sind
dabei zueinander parallel geschaltet.
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Insoweit
ist der Aufbau der hydraulischen Servolenkung konventionell.
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Zusätzlich sind
zwei elektrisch steuerbare, variable Blenden 8a und 8b vorgesehen.
Die Blende 8a ist parallel geschaltet zu der Blende 4a des
Drehschieberventils. Die Blende 8b ist entsprechend parallel
zu der Blende 4b des Drehschieberventils angeordnet.
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Eine
elektronische Steuerung 10 ist zur Auswertung von Sensorsignalen
und zur Ansteuerung der Blenden 8a und 8b vorgesehen.
Wegen der besseren Übersichtlichkeit
sind elektrische Leitungen in der Zeichnung lang gestrichelt dargestellt.
Die Steuerung 10 erhält
bei diesem Ausführungsbeispiel
Sensorsignale aus der Lenkung. Im Einzelnen sind folgende Sensoren
vorgesehen:
Ein Drucksensor 11 für den Druck in der Steuerleitung 3;
zwei
Drucksensoren 12a und 12b für den Druck in den Arbeitsräumen 6a bzw. 6b des
Servomotors;
ein Winkelsensor 13, der den Lenkradwinkel
ermittelt; und
ein Winkelsensor 14, der die Stellung
eines Ritzels 15 im Eingriff mit einer Zahnstange 16 ermittelt.
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Aus
den Signalen der Sensoren 13 und 14 lässt sich
die Position des Drehschieberventils 4 ermitteln, insbesondere
die Auslenkung aus der Neutralstellung entgegen der Federkraft eines
Drehstabs 17.
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Die
Steuerung 10 ist weiter mit den elektrisch steuerbaren
Blenden 8a und 8b verbunden, um diese gezielt
ansteuern zu können.
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In
der Praxis arbeitet die hydraulische Servolenkung, die insoweit
beschrieben wurde, zunächst
in konventioneller Weise. Die Hydraulikpumpe 1 fördert einen
Strom von Hydraulikfluid aus dem Vorratsbehälter 2 in eine Druckleitung 3.
Wenn das Drehschieberventil 4 in der Neutralstellung ist,
die dann eingenommen wird, wenn am Lenkrad 5 kein Drehmoment ausgeübt wird,
sind die Blenden 4a, 4c einerseits und 4b, 4d andererseits
gleich groß.
Der hydrodynamisch aufgebaute Druck in den Arbeitsräumen 6a und 6b des
Servomotors 6 ist dann ebenfalls gleich groß, so dass
keine resultierende Servokraft aufgebaut wird. Das Hydraulikfluid
strömt
durch die Blenden 4a bis 4d aus der Druckleitung 3 in
den Vorratsbehälter 2. Der
Druck, der sich in der Druckleitung 3 aufbaut, ist durch
das Fördervolumen
der Hydraulikpumpe 1, die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit
und den Querschnitt der Blenden 4a bis 4d bestimmt.
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Wird
das Lenkrad 5 mit einem Drehmoment beaufschlagt, so wird
das Drehschieberventil 4 aus seiner Neutralstellung bewegt.
Dabei wird beispielsweise das Blendenpaar 4a, 4c im
Querschnitt verringert, während
das Blendenpaar 4b, 4d im Querschnitt vergrößert wird.
Dadurch entsteht ein resultierender Druckunterschied zwischen dem
Arbeitsraum 6b und dem Arbeitsraum 6a und folglich
eine Servokraft, die in der Darstellung der 1 nach links
gerichtet ist.
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Wenn
nun ein Lenkimpuls unabhängig
von dem Drehmoment, welches der Fahrer in das Lenkrad 5 einleitet,
erzeugt werden soll, so kann die Steuerung 10 eine der
beiden variablen Blenden 8a oder 8b vergrößern. Dadurch
steigt der Druck in dem betreffenden nachgeschalteten hydraulischen
Arbeitsraum 6a bzw. 6b an und eine resultierende
Servokraft wird erzeugt. Im Einzelnen wird beispielsweise bei Öffnung der
Blende 8a, die zu der Blende 4a des Drehschieberventils 4 parallel
geschaltet ist, der parallel geschaltete Querschnitt der Blenden 8a und 4a vergrößert. Weil
sich der Querschnitt der Blende 4c nicht ändert, steigt
der Druck an dem Punkt vor der Blende 4c und damit im Arbeitsraum 6a.
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Die
Steuerung 10 kann einen entsprechenden Lenkeingriff vornehmen,
wenn dies aufgrund der Eingangsdaten erforderlich erscheint. Die
Eingangsdaten können
z. B. von einem separaten elektronischen Stabilitätssystem
geliefert werden. Die Steuerung 10 kann aber auch selbst
so programmiert sein, dass sie zusätzlich Eingangsdaten wie z.
B. die Gierwinkelgeschwindigkeit und die Fahrzeuggeschwindigkeit
erhält
und dann beispielsweise aufgrund einer Differenz zwischen der Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit
und der Ist-Gierwinkelgeschwindigkeit entsprechend gegensteuert.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die erzielten Drücke in den Arbeitsräumen 6a und 6b in
Abhängigkeit
von den Signalen der Winkelsensoren 13 und 14 und
dem Vordruck in der Druckleitung 3 überprüft werden. So soll bei Neutralstellung
des Drehschieberventils 4, die über den Differenzwinkel zwischen dem
Sensor 13 und dem Sensor 14 festgestellt werden
können,
der Druck in den Sensoren 12a und 12b gleich sein.
Ist dies nicht der Fall, kann die Steuerung 10 vorsorglich
die Blenden 8a und 8b schließen, um einen Eingriff vollständig zu
unterbinden. Die Servolenkung arbeitet dann wie eine konventionelle
Servolenkung.
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In
der 2 ist eine Steuerung ähnlich der oben beschriebenen.
Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern.
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Bei
der in 2 dargestellten Variante sind die zwei 2/2-Wegeventile 20a und 20b vorgesehen, die
wiederum parallel zu den Blenden 4a und 4b des Drehschieberventils 4 geschaltet
sind. Diese Ventile 20a und 20b sind ebenfalls über die
Steuerung 10 ansteuerbar.
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Die 3 stellt
den effektiven Hydraulikplan der Lenkung nach den 1 und 2 in
einem Betriebszustand dar, bei dem die Blende 8a bzw. das Wegeventil 20a vollständig geöffnet ist.
Es ist ersichtlich, dass dann der gemeinsame Querschnitt der Blende 8a mit
der Blende 4a bzw. des Wegeventils 20a mit der
Blende 4a wie eine offene Leitung großen Querschnitts zu behandeln
ist.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
stellt die 4 dar. Bei dieser Ausführungsform ist
das Lenkventil ein Closed-Center-Ventil 21.
Bei diesem Ventil ist in der Neutralstellung der Durchgang von der
Druckleitung 3 zu den Arbeitsräumen 6a und 6b ebenso
wie zu dem Vorratsbehälter 2 geschlossen.
Die Pumpe 1 baut dann in der Druckleitung 3 einen
Arbeitsdruck auf, der durch einen Druckspeicher gepuffert und durch
einen Regler geregelt wird. Bei dieser Ausführungsform steht der volle
Systemdruck in der Druckleitung 3 zur Verfügung, so dass
eine Ansteuerung der Wegeventile 20a oder 20b zu
einem entsprechend großen
Druckunterschied zwischen den Arbeitsräumen 6a und 6b des Servomotors 6 führen kann.
Bei voller Öffnung
des Wegeventils ist in dieser Ausführungsform die maximale Servokraft
des Servomotors 6 erzielbar. Entsprechend kann die (hier
nicht dargestellte) Steuerung so programmiert sein, dass sie beispielsweise nach
Art einer Pulsweitenmodulation den Druck moduliert, wenn ein begrenzter
Lenkeingriff erzielt werden soll. Es kann auch vorgesehen sein,
die Wegeventile 20a und 20b als Stetigventile
mit kontinuierlich veränderbarem Öffnungsquerschnitt
auszuführen
und dadurch ein feinfühlige
Regelung des Lenkwinkels zu ermöglichen.
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Neben
der dargestellten Arbeitsweise als sogenannte aktive Lenkung, die
für das
Durchführen von
autonomen Lenkeingriffen oder Lenkbewegungen eingerichtet ist, kann
die erfindungsgemäße Kraftfahrzeuglenkung
auch in einer Weise verwendet werden, die die Servounterstützung gezielt
verringert oder vergrößert und
damit eine schwergängige
oder eine leichtgängige
Lenkung simuliert. Die Beeinflussung der resultierenden Lenkunterstüt zung kann
geschwindigkeitsabhängig
erfolgen, so dass eine Parametrisierung im Sinne einer geschwindigkeitsabhängigen Servounterstützung durch
die erfindungsgemäße Lenkung
in besonders einfacher Weise zu realisieren ist.