DE102012105976A1 - Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs - Google Patents

Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs Download PDF

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Kai Eckmann
Stefan Häußler
Markus Rief
Michael Hägele
Andreas Braun
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ZF Lenksysteme GmbH
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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 Laufräder (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 (β) von Laufrädern (Rn) an der Nachlaufachse (An) des Fahrzeugs (F) zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel (β) den Motor (M) zu schalten, wobei der Arbeitszylinder (Z) über eine Mittenbohrung (B) verfügt, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (Z) abgebbar ist, so dass der Kolben (K) adhäsionsgetrieben bis in eine Mittenstellung (G) bewegbar ist, in welcher er die Mittenbohrung (B) verschließt, und die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in einer Geradeausstellung blockiert sind. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Lenken von Laufrädern (Rn) wenigstens einer Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F).

Description

  • 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 9.
  • 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 A1 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 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.
  • 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.
  • 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 der Arbeitszylinder über eine Mittenbohrung verfügt, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder 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.
  • 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 Hydraulik 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 Hydraulik notwendig wäre. Bei der adhäsionsgetriebenen Bewegung des Kolbens in Richtung der Mittenbohrung wird die Hydraulikflüssigkeit deren Zylinderraum aus dem Arbeitszylinder 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.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Lenksystem ein Ventil auf, das in eine Fluidverbindung zwischen der Mittenbohrung und der Pumpe geschaltet ist, und das in einer Grundstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und der Pumpe freigibt, und das in einer Arbeitsstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und der Pumpe 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.
  • Der wenigstens eine Arbeitszylinder kann als ein doppelwirkender Zylinder oder als eine doppelwirkende Kombination aus zwei einzelnen Zylindern ausgeführt sein, womit sich eine weitere räumliche Flexibilität bei dessen Verbau ergibt. 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 einen einfacheren elektrischen Antrieb benötigt. Das Ventil kann grundsätzlich elektromagnetisch und/oder hydraulisch betätigbar sein, um eine hohe Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Insbesondere kann es auch durch eine Ventilkombination aus drei elektrisch angesteuerten 2/2-Wegeventilen oder über ein elektrisches 2/2-Wegeventil in Verbindung mit einem 4/2-Wegeventile realisiert sein.
  • 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 über eine Mittenbohrung verfügt, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder abgegeben wird, wenn der Kolben adhäsionsgetrieben in eine Mittenstellung bewegt wird, bis er die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind.
  • 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 Hydraulik und/oder Elektrik vorliegt.
  • In einer bevorzugten Ausprägung des Verfahrens ist dabei die Mittenbohrung verschließbar, und wird im Fall einer Störung geöffnet, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung bewegt wird, in welcher er die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. Damit lässt sich die adhäsionsgebundene Rückführung der Räder der Nachlaufachse in ihre Geradeausstellung definiert ein- bzw. ausschalten.
  • Das erfindungsgemäße Lenksystem soll 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:
  • 1 ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs mit einem ersten erfindungsgemäßen Lenksystem;
  • 2 das Funktionsschaubild des erfindungsgemäßen Lenksystems der 1, und
  • 3 ein Funktionsschaubild eines zweiten erfindungsgemäßen Lenksystems.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 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 Sα, und zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit v ein Fahrgeschwindigkeitssensor Sv vorgesehen. Deren Signale werden über eine Signalleitung W1 einer Steuereinheit C übermittelt, die zum Ansteuern eines elektrischen Motors M und einer damit direkt betriebenen reversierbaren hydraulischen Pumpe P ausgebildet ist. Andererseits ist die Steuereinheit C über eine Signalleitung W2 mit einem Linearsensor Sl eines doppelwirkenden Zylinders Z verbunden, der die Laufräder Rn einer Nachlaufachse An des Fahrzeugs F in einen Nachlaufwinkel β 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 Seite des Zylinders Z zu pumpen. Um zum einen den Energiebedarf auch bei Geradeausfahrt reduzieren zu können und zum anderen bei Systemausfall die Nachlaufachse An in Geradeausfahrt (α = 0, β = 0) halten zu können ist eine Mittenbohrung B des Zylinders Z über ein Ventil V1 mit der Pumpe P verbunden. Im störungsfreien Betrieb des Lenksystems L befindet sich das Ventil V1 in seiner Arbeitsstellung A, in der die Verbindung zwischen der Mittenbohrung B des Zylinders Z und der Pumpe P geschlossen ist. Ein Ausschlag β der Räder Rn der Nachlaufachse An ist dann nur über die Aktivierung der Pumpe P möglich. Liegt dagegen eine Störung vor, wird das Ventil V1 stromlos geschaltet und die Verbindung zwischen der Mittenbohrung B des Zylinders Z und Pumpe P geöffnet. Über eine Feder steht das Ventil V1 dann in seiner Grundstellung N, so dass ein sicherer Zustand erreicht wird. In dieser Grundstellung N ist dann ein adhäsionsgetriebener Rücklauf der Räder Rn der Nachlaufachse An in ihre Geradeausstellung möglich, bei welcher der Kolben K unter deren Rückstellkraft in eine Mittenstellung G gedrängt wird, bis er die Mittenbohrung B verschließt, so dass kein weiteres Hydrauliköl mehr verdrängt werden kann.
  • Aufbauend auf der 1 sollen im Folgenden die einzelnen Betriebszustände des Lenksystems L anhand von 2 näher erläutert werden. Die 2 zeigt das Funktionsschaubild des Lenksystems L der 1 in größerem Maßstab.
  • Geradeausfahrt bei höherer Fahrgeschwindigkeit
  • Bei Geradeausfahrt (α = 0, β = 0) kann der elektrische Motor M ausgeschaltet bleiben und die Achse An bleibt über den Verschluss der Mittenbohrung B hydraulisch gehalten. Die beiden Hydraulikleitungen X1 und X2 des Zylinders Z sind über Rückschlagventile V2 und V3 gegenüber der Pumpe P gesperrt.
  • Aktives Lenken bei niedriger Fahrgeschwindigkeit
  • Bei aktivem Lenken wird der elektrische Motor M von dem Steuergerät C angesteuert und das Ventil V1 in seine Arbeitsstellung A geschaltet, in welcher die Mittenbohrung B des Arbeitszylinders Z verschlossen ist. Der Lenkeinschlag α der Laufräder Rv der Vorderachse Av oder der Lenkwinkel des Lenkrades wird messtechnisch detektiert und über die Signalleitung W1 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 X1, 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 Sα, Sv oder des Steuergerätes C, wird der Motor M abgeschaltet und das Ventil V1 z.B. federgetrieben in seine stromlose Grundstellung N überführt. In dieser Grundstellung N ist die Mittenbohrung B des Arbeitszylinders Z geöffnet, so dass eine adhäsionsgetriebene Bewegung des Kolbens K bis in seine Mittenstellung G ermöglicht wird, in welcher der Kolben K blockiert wird. So wird ein sicherer Zustand, nämlich ein Halten der Räder Rn der Nachlaufachse An in Geradeausstellung bzw. ein Halten der Nachlaufachse An in der Mitte wie nachfolgend erläutert eingeleitet.
  • Ausfall bei Geradeausfahrt bei höherer Fahrgeschwindigkeit
  • Fällt das System L bei der Geradeausfahrt aus, so hat dies keine Auswirkungen. Da der Kolben K im Zylinder Z hydraulisch gehalten wird, bleiben die Laufräder Rn der Nachlaufachse An bzw. die Nachlaufachse An in der Geradeausfahrtstellung.
  • Ausfall beim unterstützten Lenken bei niedriger Fahrgeschwindigkeit
  • Fällt das System L bei aktivem Lenken aus, so wird eine Ventilsteuerung D wie z.B. ein Magnet des Ventils V1 stromlos geschaltet, wodurch das Ventil V1 z.B. federgetrieben seine Grundstellung N einnimmt und die Mittenbohrung B geöffnet ist. Befindet sich der Kolben K des Zylinders Z in der Geradeausfahrtstellung, so kann dieser nicht weiter bewegt werden – demnach bleibt die Nachlaufachse An gehalten. Ist die Achse An dagegen ausgelenkt, so besteht bei vielen Fehlerfällen nicht die Möglichkeit, die Laufräder Rn bzw. die Achse An in eine Geradeausstellung zu bringen. Bei einer Kurvenfahrt wird durch das Stromlosschalten des Ventils V1 verhindert, dass die Achse An weiter ausgelenkt wird, als sie es in diesem Moment ist. Die Achsrückstellkräfte versuchen die Lenkung in Richtung Geradeausfahrt zu bewegen, wobei diese Bewegung durch die Mittenbohrung B im Zylinder Z ermöglicht wird, bis der Kolben K die Mittenposition erreicht. Nach Erreichen der Mittenposition wird die Achse An in dieser Stellung gehalten, da die Bohrung B nun durch den Kolben K verschlossen wird. Die Mittenbohrung B kann dabei drosselbar sein, so dass eine Dämpfung der Achsbewegung einstellbar ist, die einen kritischen Fahrzustand ausschließt. Für die Zurückbewegung des Kolbens K in Richtung der Mittenstellung G kann aus einem Fluidtank Öl nachgesaugt werden.
  • Die 3 zeigt ein Funktionsschaubild eines zweiten erfindungsgemäßen Lenksystems L', bei dem ein Ventil V1’ nicht elektromagnetisch, sondern über eine Ventilsteuerung D' wie z.B. über ein Zweidruckventil hydraulisch angesteuert wird.
  • 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 Mittenposition 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
    • A
      Arbeitsstellung des Ventils
      An
      Nachlaufachse
      Av
      Vorderachse
      B
      Mittenbohrung
      C
      Steuergerät
      D, D’
      Ventilsteuerung
      F
      Fahrzeug
      G
      Mittenstellung des Kolbens
      K
      Kolben
      L, L’
      Lenksystem
      M
      Motor
      N
      Grundstellung des Ventils
      P
      Pumpe
      Rn
      Laufräder der Nachlaufachse
      Rv
      Laufräder der Vorderachse
      Sl
      Linearsensor
      Sv
      Fahrgeschwindigkeitssensor
      Lenkwinkelsensor
      v
      Geschwindigkeit des Fahrzeugs
      V1, V1’
      Ventil
      V2, V3
      Rückschlagventile
      W1, W2
      Signalleitung
      X1, X2
      Hydraulikleitungen
      Z
      Arbeitszylinder
      α
      Lenkwinkel
      β
      Nachlaufwinkel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006008436 A1 [0007]
    • DE 4414161 C1 [0008]

Claims (9)

  1. Lenksystem (L; 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 Laufräder (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 (β) von Laufrädern (Rn) an der Nachlaufachse (An) des Fahrzeugs (F) zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel (β) den Motor (M) zu schalten, wobei – der Arbeitszylinder (Z) über eine Mittenbohrung (B) verfügt, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (Z) abgebbar ist, so dass der Kolben (K) adhäsionsgetrieben bis in eine Mittenstellung (G) bewegbar ist, in welcher er die Mittenbohrung (B) verschließt, und die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in einer Geradeausstellung blockiert sind.
  2. Lenksystem (L; L’) nach Anspruch 1, mit einem Ventil (V1; V1’), das in eine Fluidverbindung zwischen der Mittenbohrung (B) und der Pumpe (P) geschaltet ist, und das in einer Grundstellung (N) einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung (B) des Arbeitszylinders (Z) und der Pumpe (P) freigibt, und das in einer Arbeitsstellung (A) einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung (B) des Arbeitszylinders (Z) und der Pumpe (P) unterbindet, und bei dem das Steuergerät (C) zum Erkennen von Störungen und im Fall einer Störung zum Schalten des Ventils (V1; V1’) in seine Grundstellung (N) ausgebildet ist, so dass der Kolben (K) adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung (G) bewegbar ist, in welcher der Kolben (K) die Mittenbohrung (B) verschließt, und die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in einer Geradeausstellung blockiert sind.
  3. Lenksystem (L; L’) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der wenigstens eine Arbeitszylinder (Z) als ein doppelwirkender Zylinder oder als eine doppelwirkende Kombination aus zwei einzelnen Zylindern ausgeführt ist.
  4. Lenksystem (L; 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 einen Fluidtank erfolgt.
  5. Lenksystem (L; 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.
  6. Lenksystem (L; L’) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Ventil (V1; V1’) elektromagnetisch und/oder hydraulisch betätigbar ist.
  7. Verfahren zum Lenken von Laufrädern (Rn) wenigstens einer Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F), bei dem eine Fahrgeschwindigkeit (v) und ein Lenkwinkel (α) von Laufrädern (Rv) einer Vorderachse (Av) des Fahrzeugs (F) detektiert werden und daraus ein Nachlaufwinkel (β) der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) bestimmt wird, wobei die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) über einen Arbeitszylinder (Z) angelenkt werden, der über eine Mittenbohrung (B) verfügt, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (Z) abgegeben wird, wenn der Kolben (K) adhäsionsgetrieben in eine Mittenstellung (G) bewegt wird, bis er die Mittenbohrung (B) verschließt, und die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in einer Geradeausstellung blockiert sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Mittenbohrung (B) verschließbar ist, und im Fall einer Störung geöffnet wird, so dass der Kolben (K) adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung (G) bewegt wird, in welcher er die Mittenbohrung (B) verschließt, und die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in einer Geradeausstellung blockiert sind.
  9. Verwendung eines Lenksystems (L; L’) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Nutzfahrzeug, insbesondere in einem Lastkraftwagen oder einem Reisebus.
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