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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Kraftfahrzeuges.
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Stand der Technik
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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 15 reduziert sich der Schräglaufwinkel an den Reifen, wodurch der Reifenverschleiß des Fahrzeuges reduziert wird.
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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.
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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 entgegensteht. Dies steht der Forderung nach einem niedrigeren Kraftstoffbedarf des Fahrzeugs entgegen.
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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.
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In der deutschen Patentschrift
DE 44 14 161 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.
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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.
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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.
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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 Mittenbohrung, verschließt er sie und blockiert damit eine weitere Bewegung. In der Fluidverbindung zwischen Mittenbohrung 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.
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Die
DE 10 2014 117 054 A1 offenbart eine lenkbare Nachlaufachse, welche sicherstellt, dass nur die Kolbendichtung die Mittenbohrung verschließt. Dazu ist die Kolbenführung mit einer Vielzahl Nuten versehen. Das Mittelstellungsventil ist als elektrisches Ventil ausgeführt.
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Die
DE 10 2012 107 177 A1 offenbart eine lenkbare Nachlaufachse, bei der der Kolben im Arbeitszylinder einen Permanentmagneten aufweist, welcher gegenüber einem Magnetventil verfahrbar ist.
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Die
DE 195 10 208 A1 zeigt eine lenkbare Hinterachse mit einem Nehmerzylinder, welcher über einen Geberzylinder an der lenkbaren Vorderachse angesteuert wird. Zur Synchronisierung der Lenkanlage sind mehrere Rückschlagventile angeordnet.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lenksystem zum Betreiben eines Lenksystems anzugeben, welche einen Fluidfluss durch die Mittenbohrung verhindern, sobald die Pumpe Fluiddruck aufbaut sowie das Ventil in einem drucklosen Zustand der Pumpe selbständig sicher öffnet und einen ausreichenden Volumenstrom über die Mittenbohrung zulässt.
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Die Aufgabe wird mit einem Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Kraftfahrzeuges, wobei ein erstes Ventil mit einer Pumpe derart fluidisch verbunden ist, dass dieses bei einer Druckerzeugung der Pumpe einen Fluidfluss zwischen einer Mittenbohrung eines Arbeitszylinders und der Pumpe sperrt, und in einem drucklosen Zustand der Pumpe einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und der Pumpe zum Abführen von Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder über die Mittenbohrung des Arbeitszylinders durch eine adhäsionsgetriebene Rückbewegung eines in dem Arbeitszylinder angeordneten Kolbens in eine Mittenstellung freigibt.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Lenksystem und zum Betreiben eines Lenksystems bereitzustellen, welche einen Fluidfluss durch die Mittenbohrung verhindern, sobald die Pumpe Fluiddruck aufbaut sowie das Ventil in einem drucklosen Zustand der Pumpe selbständig sicher öffnet und einen ausreichenden Volumenstrom über die Mittenbohrung zulässt. Des Weiteren werden aufgrund der Verwendung des hydraulisch ansteuerbaren Ventils in vorteilhafter Weise wenige Bauteile verwendet, da keine zusätzlichen elektrischen Signalleitungen bzw. elektrischen Ansteuerungen für den Betrieb des Ventils erforderlich sind. Das Vorsehen des hydraulisch ansteuerbaren Ventils zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und der Pumpe weist des Weiteren den Vorteil auf, dass dieses im Gegensatz zu bekannten Lösungen keinen elektrischen Energieverbrauch aufweist. Somit kann eine Energieersparnis erzielt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Ventil über ein zweites Ventil, welches als Wechselventil ausgebildet ist, mit Fluiddruck beaufschlagbar ist, wobei das zweite Ventil mit einer zwischen der Pumpe und einem ersten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten ersten Hydraulikleitung, und einer zwischen der Pumpe und einem zweiten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten zweiten Hydraulikleitung verbunden ist. Das Wechselventil ist somit in vorteilhafter Weise je nach Strömungsrichtung des Fluids durch einen in der ersten Hydraulikleitung anliegenden Fluiddruck oder einen in der zweiten Hydraulikleitung anliegenden Fluiddruck beaufschlagbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Ventil ein Element aufweist, welches zwischen einem ersten Dichtsitz und einem zweiten Dichtsitz axial bewegbar ist, wobei das Element je nach Fluidströmungsrichtung den ersten Dichtsitz oder den zweiten Dichtsitz verschließt und das erste Ventil mit einem Fluiddruck beaufschlagt. Das Element verschließt in vorteilhafter Weise somit immer nur einen Dichtsitz und kann daher immer einen Pumpendruck an das erste Ventil bereitstellen, sofern die Pumpe im Betrieb ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Ventil über ein drittes Ventil und ein viertes Ventil, welche als Rückschlagventile ausgebildet sind, mit Fluiddruck beaufschlagbar ist, wobei das dritte Ventil mit einer zwischen der Pumpe und einem ersten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten ersten Hydraulikleitung, und das vierte Ventil mit einer zwischen der Pumpe und einem zweiten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten zweiten Hydraulikleitung verbunden ist. Das erste Ventil ist somit in vorteilhafter Weise bei Anliegen eines Fluiddrucks in der ersten Hydraulikleitung über das dritte Ventil mit Fluiddruck beaufschlagbar und im Falle des Anliegens eines Fluiddrucks in der zweiten Hydraulikleitung über das vierte Ventil mit Fluiddruck beaufschlagbar. Aufgrund der Verwendung von Rückschlagventilen ist ein Fluidfluss jeweils nur in eine Flussrichtung möglich, d.h., bei einem Fluidfluss durch das dritte Ventil ist das vierte Ventil in einer Sperrstellung und bei einem Fluidfluss durch das vierte Ventil ist das dritte Ventil in einer Sperrstellung. Somit kann in vorteilhafter Weise ein Rückfluss von der ersten Hydraulikleitung in die zweite Hydraulikleitung und umgekehrt an dem ersten Ventil vorbei verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen der Mittenbohrung und der Pumpe ein fünftes Ventil angeordnet ist, welches zu dem ersten Ventil in Reihe geschaltet ist, wobei das erste Ventil mit einer zwischen der Pumpe und einem ersten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten ersten Hydraulikleitung und das fünfte Ventil mit einer zwischen der Pumpe und einem zweiten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten zweiten Hydraulikleitung verbunden ist. Aufgrund der Verbindung des ersten Ventils mit der ersten Hydraulikleitung und des fünften Ventils mit der zweiten Hydraulikleitung ist sichergestellt, dass unabhängig von der Strömungsrichtung des Hydraulikfluids das erste Ventil oder das fünfte Ventil bei Druckerzeugung durch die Pumpe geschlossen und dadurch ein Abfluss von Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder über die Mittenbohrung verhindert wird. In einem drucklosen Zustand der Pumpe sind das erste Ventil und das fünfte Ventil vorzugsweise beide geöffnet und ermöglichen somit den Abfluss von Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder über die Mittenbohrung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Ventil und das fünfte Ventil als Sitzventile ausgebildet sind, wobei ein Ventilkolben des ersten Ventils und ein Ventilkolben des fünften Ventils durch eine Druckfeder in eine Grundstellung überführbar sind. Somit kann auf sichere und zuverlässige Weise ermöglicht werden, dass das jeweilige Ventil in einem drucklosen Zustand der Pumpe geöffnet und bei Anliegen eines Drucks geschlossen ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Ventil als ein 3/2-Wege Ventil ausgebildet ist, welches an einem ersten Anschluss mit einer zwischen der Pumpe und einem ersten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten ersten Hydraulikleitung, und an einem zweiten Anschluss mit einer zwischen der Pumpe und einem zweiten Anschluss des Arbeitszylinders angeordneten zweiten Hydraulikleitung verbunden ist. Durch Verwendung des 3/2-Wege Ventils ist ebenfalls sichergestellt, dass bei Anliegen eines Fluiddrucks in der ersten Hydraulikleitung oder bei Anliegen eines Fluiddrucks in der zweiten Hydraulikleitung das 3/2-Wege Ventil geschlossen und in einem drucklosen Zustand der Pumpe geöffnet ist. Durch Verwendung des 3/2-Wege Ventils kann in vorteilhafter Weise ermöglicht werden, dass beide Hydraulikleitungen an nur ein Ventil anschließbar sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Ventil und der Pumpe ein Fluidtank angeordnet ist, wobei der Fluidtank mit der Pumpe und/oder der ersten Hydraulikleitung und der zweiten Hydraulikleitung verbunden ist, und wobei zwischen dem Fluidtank und der ersten Hydraulikleitung zumindest ein erster Filter und ein erstes Nachsaugventil und zwischen dem Fluidtank und der zweiten Hydraulikleitung zumindest ein zweiter Filter und ein zweites Nachsaugventil angeordnet sind. Somit kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass bei einem Abführen von Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder über die Mittenbohrung das Hydraulikfluid zuerst in den Fluidtank gelangt und im Anschluss von diesem in die erste Hydraulikleitung oder die zweite Hydraulikleitung förderbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass dem ersten Ventil eine Blende vorgeschaltet ist, durch welche im geöffneten Zustand des ersten Ventils ein Volumenstrom des Fluids von der Mittenbohrung zum Fluidtank variierbar ist. Der von der Mittenbohrung zum Fluidtank strömende Fluidstrom ist somit an jeweilige Erfordernisse anpassbar. Beispielsweise kann damit eine Rückstellgeschwindigkeit der Laufräder der Nachlaufachse variiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Pumpe als reversierbare Pumpe ausgebildet ist. Somit kann das Lenksystem für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges in vorteilhafter Weise mit nur einer hydraulischen Pumpe betrieben werden.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Lenksystem für eine Nachlaufachse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
- 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Lenksystems für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges F mit einem Lenksystem 1 für eine Nachlaufachse An gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Kraftfahrzeug F weist in vorteilhafter Weise das Lenksystem 1 für die Nachlaufachse An des Kraftfahrzeuges F auf. Zum Detektieren eines Lenkwinkels α von Laufrädern Rn an einer Vorderachse Av ist ein Lenkwinkelsensor Fα vorgesehen. Zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeuges F ist ein Fahrgeschwindigkeitssensor Sv vorgesehen. Deren Signale werden über eine (in 1 nicht gezeigte) Signalleitung an das Lenksystem 1 der Nachlaufachse An des Kraftfahrzeuges F übermittelt. Insbesondere werden die Signale an eine (in 1 nicht gezeigte) Steuereinheit übermittelt, die zum Ansteuern eines (in 1 nicht gezeigten) elektrischen Motors und einer damit betriebenen reversierbaren hydraulischen Pumpe ausgebildet ist. Die Steuereinheit ist des Weiteren mit einem (in 1 nicht gezeigten) Linearsensor eines Arbeitszylinders verbunden, der die Laufräder Rn der Nachlaufachse An des Kraftfahrzeuges F in einem definierten Nachlaufwinkel bewegen kann.
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2 zeigt einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems 1 für die Nachlaufachse An des Kraftfahrzeuges F gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Die von dem (in 2 nicht gezeigten) Lenkwinkelsensor und Fahrgeschwindigkeitssensor ermittelten Daten werden an die Steuereinheit E übermittelt. Die Steuereinheit E berechnet aus den Daten einen Nachlaufwinkel der Laufräder an der Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges und steuert einen elektrischen Motor M entsprechend an.
Der elektrische Motor M dient zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe P, die wiederum mit dem Arbeitszylinder 10 zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse verbunden ist. Der Arbeitszylinder 10 weist eine Mittenbohrung 11 auf, über welche Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder 10 abführbar ist, sodass ein in dem Arbeitszylinder angeordneter Kolben adhäsionsgetrieben bis in eine Mittelstellung bewegbar ist, in welcher er die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung fixiert sind.
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Bei diesem elektrohydraulischen Lenksystem erfolgt das Anlenken der Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse, da ein Lenkrad des Kraftfahrzeuges nicht mechanisch mit der zu lenkenden Nachlaufachse verbunden ist. Zudem ist dieses System vom Verbrennungsmotor entkoppelt, sodass einerseits eine bedarfsgerechte Regelung und andererseits - durch die wenigen und zudem frei platzierbaren 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 Laufräder der Nachlaufachse auch bei einem Ausfall der Steuereinheit E, des elektrischen Motors M und/oder der hydraulischen Pumpe P jederzeit automatisch, d.h. adhäsionsgetrieben, aus jedem Auslenkungswinkel in ihre Geradeausstellung bringbar und dort zuverlässig fixierbar.
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Bei der adhäsionsgetriebenen Bewegung des Kolbens des Arbeitszylinders in Richtung der Mittenbohrung wird Hydraulikfluid aus beispielsweise einem ersten Zylinderraum 10c in Richtung eines Fluidtanks hin abgegeben, während in einem zweiten Zylinderraum 10d ohne Pumpeneinsatz - Fluid nachgesogen wird. Sobald die Mittenbohrung durch den Kolben verschlossen wird, ist dessen Weiterbewegung durch die beidseitig sozusagen eingesperrte Hydraulikflüssigkeit blockiert, sodass die Räder der Nachlaufachse sicher in ihrer Geradeausstellung fixiert sind.
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Unter einer Nachlaufachse soll dabei jede Achse verstanden werden, die einem Ausschlag einer gelenkten Achse folgt, und die einer starren Hinter- oder Vorderachse nach- oder vorlaufen, also auch als Vorlaufachse, angeordnet sein kann. Das erfindungsgemäße Lenksystem kann damit auch bei Anhängern, Aufliegern oder einer zweiten gelenkten Vorderachse eingesetzt werden.
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Die Pumpe P saugt in einem Normalbetrieb des Lenksystems 1 über ein erstes Nachsaugventil 26, welches zwischen einem Fluidtank 24 und einer zwischen der Pumpe P und einem ersten Anschluss 10a des Arbeitszylinders 10 angeordneten ersten Hydraulikleitung 16 geschaltet ist. Zwischen dem Fluidtank 24 und dem ersten Nachsaugventil 26 ist vorzugsweise ein erster Filter 25 angeordnet, um in dem Fluidtank 24 möglicherweise vorhandene Verunreinigungen zu filtern.
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Die Pumpe P saugt in einem Normalbetrieb des Lenksystems 1 über ein zweites Nachsaugventil 28, welches zwischen dem Fluidtank 24 und einer zwischen der Pumpe P und einem zweiten Anschluss 10b des Arbeitszylinders 10 angeordneten zweiten Hydraulikleitung 18 geschaltet ist. Zwischen dem Fluidtank 24 und dem zweiten Nachsaugventil 28 ist vorzugsweise ein zweiter Filter 27 angeordnet, um in dem Fluidtank 24 möglicherweise vorhandene Verunreinigungen zu filtern.
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Bei einem Lenkvorgang fördert die Pumpe P beispielsweise über die erste Hydraulikleitung 16 durch einen Filter 30 und ein Rückschlagventil 31 Hydraulikfluid in den ersten Zylinderraum 10c. Alternativ kann die Pumpe P beispielsweise über die zweite Hydraulikleitung 18 durch einen Filter 32 und ein Rückschlagventil 33 Hydraulikfluid in einen zweiten Zylinderraum 10d fördern.
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Dem ersten Zylinderraum 10c ist ein Rückflussventil 34 zugeordnet, welches bei einem Füllen des ersten Zylinderraumes 10c geschlossen ist. Durch einen Druckaufbau in dem ersten Zylinderraum 10c wird ein Rückflussventil 35 des zweiten Zylinderraumes 10d geöffnet und dadurch ein Rückfluss aus dem zweiten Zylinderraum 10d in den Fluidtank 24 ermöglicht.
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Dem zweiten Zylinderraum 10d ist ein Rückflussventil 35 zugeordnet, welches bei einem Füllen des zweiten Zylinderraumes 10d geschlossen ist. Durch einen Druckaufbau in dem zweiten Zylinderraum 10d wird das Rückflussventil 34 des ersten Zylinderraumes 10c geöffnet und dadurch ein Rückfluss aus dem ersten Zylinderraum 10c in den Fluidtank 24 ermöglicht.
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In eine Fluidverbindung zwischen der Mittenbohrung 11 des Arbeitszylinders 10 und der Pumpe P ist vorzugsweise ein erstes Ventil 12 geschaltet. Das erste Ventil 12 ist mit der Pumpe P vorzugsweise derart fluidisch verbunden, dass dieses bei einer Druckerzeugung der Pumpe P einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung 11 des Arbeitszylinders 10 und der Pumpe P sperrt. In einem drucklosen Zustand der Pumpe P gibt das erste Ventil 12 vorzugsweise einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung 11 des Arbeitszylinders 10 und der Pumpe P frei. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder 10 über die Mittenbohrung 11 des Arbeitszylinders 10 durch eine adhäsionsgetriebene Rückbewegung des in dem Arbeitszylinder 10 angeordneten Kolbens 14 in eine Mittenstellung G erfolgen.
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Im Folgenden werden die verschiedenen Betriebszustände beschrieben.
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Geradeausfahrt, höhere Fahrgeschwindigkeit
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Bei einer Geradeausfahrt mit höherer Fahrgeschwindigkeit wird die Nachlaufachse nicht angelenkt, sondern muss in der Geradeausstellung gehalten werden. Da bei Geradeausfahrt die Pumpe P keinen Druck erzeugt, wird das erste Ventil 12 nicht mit einem Fluiddruck beaufschlagt und ist somit geöffnet.
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Daher kann im Falle einer Schrägstellung der Laufräder Hydraulikfluid über die Mittenbohrung 11 aus dem Arbeitszylinder 10 in den Fluidtank 24 entweichen. Wenn der Kolben 14 die Mittenstellung G in dem Arbeitszylinder 10 erreicht, ist dieser vorteilhafterweise fixiert und die Laufräder werden in Geradeausstellung gehalten.
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Aktives Lenken, niedrige Fahrgeschwindigkeit
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Bei aktivem Lenken wird ein Lenkeinschlag der Vorderachse messtechnisch detektiert und an die Steuereinheit E des Lenksystems 1 übermittelt. Mit diesen und weiteren Parametern, wie z.B. der Fahrgeschwindigkeit, wird ein Sollwert einer Winkelstellung der Laufräder der Nachlaufachse berechnet und der elektrische Motor M von der Steuereinheit E angesteuert. Über einen in dem Arbeitszylinder 10 angeordneten Lagesensor 36 wird ein Istwert detektiert und zur Regelung verwendet.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Ventil 12 über ein zweites Ventil 15, welches als Wechselventil ausgebildet ist, mit Fluiddruck beaufschlagbar. Das zweite Ventil 15 ist mit einer zwischen der Pumpe P und dem ersten Anschluss 10a des Arbeitszylinders 10 angeordneten ersten Hydraulikleitung 16 verbunden. Des Weiteren ist das zweite Ventil 15 mit der zwischen der Pumpe P und dem zweiten Anschluss 10b des Arbeitszylinders 10 angeordneten zweiten Hydraulikleitung 18 verbunden.
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Das zweite Ventil 15 weist vorzugsweise Element 15a auf, welches zwischen einem ersten Dichtsitz 15b und einem zweiten Dichtsitz 15c axial bewegbar ist. Das Element 15a verschließt vorzugsweise je nach Fluidströmungsrichtung den ersten Dichtsitz 15b oder den zweiten Dichtsitz 15c und beaufschlagt das erste Ventil 12 mit einem Fluiddruck. Das Element 15a ist vorzugsweise als Kugel ausgebildet. Alternativ kann das Element 15a eine andere geeignete Form aufweisen.
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Fördert die Pumpe P beispielsweise einen Volumenstrom des Hydraulikfluids über die erste Hydraulikleitung 16, schaltet das zweite Ventil 15 und leitet einen Pumpendruck an das erste Ventil 12 weiter. Gleichzeitig verhindert das zweite Ventil 15 einen Volumenstrom des Hydraulikfluids zur zweiten Hydraulikleitung 18. Durch den anliegenden Pumpendruck schaltet das erste Ventil 12 und verschließt eine Verbindungsleitung zwischen der Mittenbohrung 11 und dem Fluidtank 24. Somit ist ein Volumenstromverlust über die Mittenbohrung 11 unterbunden. Sobald die Laufräder der Nachlaufachse eine vorbestimmte Sollposition erreicht haben, wird die Pumpe P nicht mehr angetrieben und ein Fluiddruck in der ersten Hydraulikleitung 16 fällt ab, was zur Folge hat, dass das erste Ventil 12 wieder öffnet. Treten Soll/Ist-Abweichungen auf, regelt das Lenksystem 1 nach, wodurch die Pumpe P den erforderlichen Druck aufbaut, wodurch das erste Ventil 12 wieder geschlossen und eine Lenkkorrektur ausgeführt wird.
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Ausfall des Lenksystems
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Kommt es zu einem Ausfall des Lenksystems, fällt ein zuvor beim aktiven Lenken aufgebauter Pumpendruck ab. Dadurch nimmt das erste Ventil 12 seine Grundstellung ein und verbindet die Mittenbohrung 11 des Arbeitszylinders 10 mit dem Fluidtank 24, wodurch der Achsrücklauf ermöglicht wird.
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Vorzugsweise ist dem ersten Ventil 12 zusätzlich eine Blende 29 vorgeschaltet, durch welche im geöffneten Zustand des ersten Ventils 12 ein Volumenstrom des Fluids von der Mittenbohrung 11 zum Fluidtank 24 variierbar ist. Somit kann ein Durchflussquerschnitt variiert werden, wodurch eine Rückstellgeschwindigkeit der Nachlaufachse einstellbar ist. Darüber hinaus ist die Pumpe P vorzugsweise als reversierbare Pumpe ausgebildet.
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3 zeigt einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems 1 für die Nachlaufachse An des Kraftfahrzeuges F gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Das erste Ventil 12 ist vorzugsweise über ein drittes Ventil 19 und ein viertes Ventil 20, welche als Rückschlagventile ausgebildet sind, mit Fluiddruck beaufschlagbar. Das dritte Ventil 19 ist vorzugsweise mit der zwischen der Pumpe P und dem ersten Anschluss 10a des Arbeitszylinders 10 angeordneten ersten Hydraulikleitung 16 verbunden. Das vierte Ventil 20 ist vorzugsweise mit dem zwischen der Pumpe P und dem zweiten Anschluss 10b des Arbeitszylinders 10 angeordneten zweiten Hydraulikleitung 18 verbunden.
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4 zeigt einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems 1 für die Nachlaufachse An des Kraftfahrzeuges F gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Zwischen der Mittenbohrung 11 des Arbeitszylinders 10 und der Pumpe P ist vorzugsweise ein fünftes Ventil 22 angeordnet, welches zu dem ersten Ventil 12 in Reihe geschaltet ist. Das erste Ventil 12 ist vorzugsweise mit der zwischen der Pumpe P und dem ersten Anschluss 10a des Arbeitszylinders 10 angeordneten ersten Hydraulikleitung 16 verbunden. Das fünfte Ventil 22 ist vorzugsweise mit der zwischen der Pumpe P und dem zweiten Anschluss 10b des Arbeitszylinders 10 angeordneten zweiten Hydraulikleitung 18 verbunden.
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Das erste Ventil 12 und das fünfte Ventil 22 sind vorzugsweise als Sitzventile ausgebildet. Ein Ventilkolben 12a des ersten Ventils 12 und ein Ventilkolben 22a des fünften Ventils sind vorzugsweise durch eine jeweilige Druckfeder 12b, 22b in eine Grundstellung überführbar.
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5 zeigt einen hydraulischen Schaltplan des Lenksystems 1 für die Nachlaufachse An des Kraftfahrzeuges F gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Das erste Ventil 12 ist vorzugsweise als ein 3/2-Wege Ventil ausgebildet. Das 3/2-Wege Ventil ist vorzugsweise an einem ersten Anschluss 12c mit der zwischen der Pumpe P und dem ersten Anschluss 10a des Arbeitszylinders 10 angeordneten ersten Hydraulikleitung 16 verbunden. Des Weiteren ist das 3/2-Wege Ventil an einem zweiten Anschluss 12d mit der zwischen der Pumpe P und dem zweiten Anschluss 10b des Arbeitszylinders 10 angeordneten zweiten Hydraulikleitung 18 verbunden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Lenksystems für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Verfahren zum Betreiben des Lenksystems für die Nachlaufachse des Kraftfahrzeuges umfasst ein Bereitstellen S1 eines elektrischen Motors zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Bereitstellen S2 eines mit der Pumpe verbundenen Arbeitszylinders zum Anlenken von Laufrädern der Nachlaufachse. Überdies umfasst das Verfahren ein Bereitstellen S3 einer Mittenbohrung des Arbeitszylinders, welche mit der Pumpe fluidisch verbunden ist. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Bereitstellen S4 eines ersten Ventils, welches in eine Fluidverbindung zwischen der Mittenbohrung und der Pumpe geschaltet ist, wobei das erste Ventil mit der Pumpe derart fluidisch verbunden ist, dass dieses bei einer Druckerzeugung der Pumpe einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und der Pumpe sperrt, und in einem drucklosen Zustand der Pumpe einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und der Pumpe zum Abführen von Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder über die Mittenbohrung des Arbeitszylinders durch eine adhäsionsgetriebene Rückbewegung eines in dem Arbeitszylinder angeordneten Kolbens in eine Mittenstellung freigibt.
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Das Verfahren umfasst überdies ein Verschließen S5 der Mittenbohrung durch den Kolben in der Mittenstellung in dem Arbeitszylinder. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Fixieren S6 der Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise können Ventile anderer Bauart eingesetzt werden, welche dieselbe Funktion erfüllen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 10
- Arbeitszylinder
- 10a
- erster Anschluss
- 10b
- zweiter Anschluss
- 10c
- erster Zylinderraum
- 10d
- zweiter Zylinderraum
- 11
- Mittenbohrung
- 12
- Ventil
- 12a, 22a
- Ventilkolben
- 12b, 22b
- Druckfeder
- 12c
- erster Anschluss
- 12d
- zweiter Anschluss
- 14
- Kolben
- 15
- zweites Ventil
- 15a
- Element
- 15b
- erster Dichtsitz
- 15c
- zweiter Dichtsitz
- 16
- erste Hydraulikleitung
- 18
- zweite Hydraulikleitung
- 19
- drittes Ventil
- 20
- viertes Ventil
- 22
- fünftes Ventil
- 24
- Fluidtank
- 25
- erster Filter
- 26
- erstes Nachsaugventil
- 27
- zweiter Filter
- 28
- zweites Nachsaugventil
- 29
- Blende
- 30, 32
- Filter
- 31, 33
- Rückschlagventil
- 34
- erstes Rücklaufventil
- 35
- zweites Rücklaufventil
- 36
- Lagesensor
- An
- Nachlaufachse
- E
- Steuereinheit
- F
- Kraftfahrzeug
- Fa
- Lenkwinkel
- G
- Mittenstellung
- M
- elektrischer Motor
- P
- Pumpe
- Rn
- Laufräder der Nachlaufachse
- Sv
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- V
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- α
- Lenkwinkel
