DE102021206201A1

DE102021206201A1 - Lenkgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021206201A1
Application number: DE102021206201.6A
Authority: DE
Inventors: David Vopel; Thorsten Hestermeyer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-12-22
Also published as: CN115489591A; US20220402545A1

Abstract

Lenkgetriebevorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend ein hydraulisches Lenkgetriebe (11) und einen elektromechanischen Aktor (7), der dazu ausgebildet ist, ein Arbeitsventil (10) des hydraulischen Lenkgetriebes zu stellen, wobei Hydraulikfluid in Abhängigkeit von einer Stellung des Arbeitsventils (10) aus einem Fluidreservoir (14) wahlweise in einen von wenigstens zwei Arbeitsräumen (12) des hydraulischen Lenkgetriebes (11) führbar ist, wobei die Lenkgetriebevorrichtung (1) eine Rückfalleinrichtung (16) aufweist, die, insbesondere in einem Notbetrieb der Lenkgetriebevorrichtung (2), dazu ausgebildet ist, Hydraulikfluid unabhängig von der Stellung des Arbeitsventils (10) wahlweise in einen der wenigstens zwei Arbeitsräume (12) zu führen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein hydraulisches Lenkgetriebe und einen elektromechanischen Aktor, der dazu ausgebildet ist, ein Arbeitsventil des hydraulischen Lenkgetriebes zu stellen, wobei Hydraulikfluid in Abhängigkeit von einer Stellung des Arbeitsventils aus einem Fluidreservoir wahlweise in einen von wenigstens zwei Arbeitsräumen des hydraulischen Lenkgetriebes führbar ist.
Derartige Getriebevorrichtungen für Kraftfahrzeuge, die in Abhängigkeit von der Stellung eines Arbeitsventils hydraulisch eine Lenkung des Kraftfahrzeugs ermöglichen, insbesondere hydraulisch einen Radwinkel eines lenkbaren Rads des Kraftfahrzeugs einstellen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird üblicherweise durch den elektromechanischen Aktor in Abhängigkeit von einer Lenkbewegung eines Lenkelements eines Nutzers bzw. einer anderweitigen Lenkwinkel- oder Radwinkel-Vorgabe, beispielsweise von einem Steuergerät, eine Veränderung der Stellung der Getriebeeingangswelle, und in Folge des Arbeitsventils vorgenommen, um so durch einen korrespondierenden Druckaufbau in dem Hydraulikfluid in den Arbeitsräumen das Lenkgetriebe entsprechend zu stellen.
In Abhängigkeit davon, wie der Radwinkel eingestellt werden soll, bewirkt der elektromechanische Aktor somit über die Verdrehung der Getriebeeingangswelle eine dafür vorgesehene Stellung des Arbeitsventils, um die gewünschte Menge an Hydraulikfluid bzw. einen gewünschten Druck des Hydraulikfluids in einem von wenigstens zwei Arbeitsräumen einzustellen, sodass dadurch das Lenkgetriebe hydraulisch beaufschlagt werden kann, das wiederum den Radwinkel einstellt. Tritt ein Fehlerfall in der Lenkgetriebevorrichtung auf, ist insbesondere das elektromechanische System, beispielsweise der elektromechanische Aktor oder eine weitere Komponente des elektromechanischen Systems betroffen, ist ferner bekannt, dass das elektromechanische System nicht mehr zur Unterstützung beitragen kann. Besteht ein direkter mechanischer Durchgriff von dem Lenkelement auf das Arbeitsventil, muss der Benutzer des Kraftfahrzeugs eine entsprechende Kraft bzw. ein entsprechendes Drehmoment auf das Lenkelement, insbesondere das Lenkrad, Aufbringen, um die Getriebeeingangswelle und damit das Arbeitsventil dennoch in die erforderliche Stellung zu bewegen.
Insbesondere im Bereich schwerer Nutzfahrzeuge kann dies, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrsituation, nur eingeschränkt oder unter großem Kraftaufwand durchgeführt werden. In solchen Fehlersituationen soll das Kraftfahrzeug jedoch dennoch zumindest bis in einen sicheren Fahrzustand kontrollierbar bleiben, insbesondere derart, dass die Lenkbarkeit bzw. Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeugs zumindest bis unterhalb eines gewissen Geschwindigkeitswerts erhalten bleibt. In autonomen Betriebssituationen, in denen die Lenkgetriebevorrichtung nicht durch die Eingabe eines Benutzers gesteuert wird, beispielsweise derart, dass der Benutzer nicht das Lenkelement bedient, um durch den mechanischen Durchgriff auf die Stellung des Arbeitsventils einzuwirken, sondern die Stellung des Arbeitsventils rein elektromechanisch basierend auf der Ansteuerung eines Steuergeräts erfolgt, ist in einer solchen Fehlersituation letztlich keine Möglichkeit mehr gegeben, die Stellung des Arbeitsventils und somit die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs aufrechtzuerhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Lenkgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Lenkgetriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine Lenkgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein hydraulisches Lenkgetriebe und einen elektromechanischen Aktor umfasst, welcher Aktor dazu vorgesehen ist, ein Arbeitsventil des hydraulischen Lenkgetriebes zu stellen. Somit kann in Abhängigkeit davon, wie der elektromechanische Aktor das Arbeitsventil stellt, Hydraulikfluid in einen von wenigstens zwei Arbeitsräumen gefördert werden bzw. kann der Druck des Hydraulikfluids in den Arbeitsräumen eingestellt werden, sodass dadurch das hydraulische Lenkgetriebe gestellt werden kann, um einen Radwinkel einzustellen. In einem Normalbetrieb erfolgt das Einstellen des Radwinkels somit zumindest teilweise durch die Einstellung seitens des elektromechanischen Aktors, der gegebenenfalls durch eine Lenkbewegung durch den Benutzer unterstützt werden kann.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Lenkgetriebevorrichtung eine Rückfalleinrichtung aufweist, die, insbesondere in einem Notbetrieb der Lenkgetriebevorrichtung, dazu ausgebildet ist, Hydraulikfluid unabhängig von der Stellung des Arbeitsventils wahlweise in einen der wenigstens zwei Arbeitsräume zu führen. Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, dass in dem Normalbetrieb, wie bisher bekannt, die Einstellung des Radwinkels bzw. die Ansteuerung des hydraulischen Lenkgetriebes durch den elektromechanischen Aktor erfolgen kann, indem dieser das Arbeitsventil über die Getriebeeingangswelle in eine entsprechende Stellung führt, sodass Hydraulikfluid gezielt in einen der Arbeitsräume bzw. Hydraulikfluid aus einem der Arbeitsräume geführt werden kann. Das Arbeitsventil kann somit in Abhängigkeit von seiner Stellung ein Fluidreservoir, beispielsweise ein Volumen, in dem Hydraulikfluid aufgenommen ist, insbesondere unter Beaufschlagung mit einer Druckerzeugungseinrichtung, in einen der Arbeitsräume fördern oder aus einem der Arbeitsräume fördern bzw. Hydraulikfluid in einer beliebigen Kombination auf die wenigstens zwei Arbeitsräume verteilen.
Tritt ein Fehlerfall in dem elektromechanischen System auf, beispielsweise in dem elektromechanischen Aktor, einem dem Aktor zugeordneten Getriebe, einem Steuergerät oder einem dem elektromechanischen Aktor zugeordneten Sensor, kann die Rückfalleinrichtung die Steuerung des hydraulischen Lenkgetriebes übernehmen. Die Rückfalleinrichtung ist hierbei insbesondere dazu ausgebildet, Hydraulikfluid, insbesondere direkt, in einen der beschriebenen wenigstens zwei Arbeitsräume zu führen bzw. dementsprechend auch Hydraulikfluid aus wenigstens einem der Arbeitsräume zu entnehmen bzw. ausströmen zu lassen. Die Lenkgetriebevorrichtung kann somit in den beschriebenen Notbetrieb umschalten und die Ansteuerung durch den elektromechanischen Aktor letztlich umgehen und stattdessen direkten Einfluss auf die Förderung des Hydraulikfluids bzw. die Drucksteuerung des Hydraulikfluids in den Arbeitsräumen des hydraulischen Lenkgetriebes durchführen. In dem Notbetrieb kann das elektromechanische System auch komplett abgeschaltet werden.
Der elektromechanische Aktor kann im Rahmen dieser Anmeldung auch als Bestandteil eines elektromechanischen Überlagerungssystem verstanden werden, das, wie zuvor beschrieben, durch den Aktor Drehmoment erzeugt, das auf das Arbeitsventil bewirkt werden kann, um die Stellung des Arbeitsventils einzustellen. Durch das Arbeitsventil kann letztlich Hydraulikfluid in die Arbeitsräume geführt werden, um das hydraulische Lenkgetriebe zu steuern. Das hydraulische Lenkgetriebe ist wiederum mit weiteren Getriebeelementen verbunden, die grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt sind und hier nicht näher beschrieben werden. Entsprechende Getriebeelemente können beispielsweise eine Lenkstange, eine Spurstange, ein Spurhebel und dergleichen sein, die eine mechanische Übertragung auf das Rad bzw. die Radaufhängung bewirken, sodass der gewünschte Radwinkel eingestellt werden kann.
Die Rückfalleinrichtung beschreibt hiermit ein getrenntes System, das nicht die Komponenten des elektromechanischen Systems benutzt, insbesondere keinen Einfluss auf den elektromechanischen Aktor besitzt, sondern komplett getrennt von diesem vorliegt. Durch das Umschalten in den Notbetrieb wird somit auf keine der Komponenten des elektromechanischen Aktors zurückgegriffen, sondern eine direkte Ansteuerung der Arbeitsräume vorgenommen.
Die Rückfalleinrichtung weist insbesondere ein Umschaltventil auf, das dazu ausgebildet ist, in einem Normalbetrieb eine Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir und dem Arbeitsventil und in einem Notbetrieb eine Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir und den Arbeitsräumen herzustellen. Grundsätzlich kann durch das Umschaltventil somit zwischen dem Normalbetrieb und Notbetrieb umgeschaltet werden. Hierzu wird in dem Normalbetrieb das Fluidreservoir mit dem Arbeitsventil verbunden, derart, dass durch eine entsprechende Positionierung oder Stellung des Arbeitsventils durch den elektromechanischen Aktor das hydraulische Lenkgetriebe betrieben werden kann. Muss der Notbetrieb eingenommen werden, insbesondere aufgrund eines Fehlerfalls in dem elektromechanischen System, insbesondere der Ansteuerung des elektromechanischen Aktors oder dem elektromechanischen Aktor selbst, schaltet das Umschaltventil um, sodass keine Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir und dem Arbeitsventil mehr besteht. Stattdessen stellt das Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir und den Arbeitsräumen her.
Mit anderen Worten kann durch das umgeschaltete Umschaltventil ein direkter Betrieb bzw. eine direkte Versorgung der Arbeitsräume unabhängig von der Stellung des Arbeitsventils vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine Druckerzeugungseinrichtung direkt Hydraulikfluid aus dem Fluidreservoir entnehmen und in einen der wenigstens zwei Arbeitsräume fördern bzw. Hydraulikfluid aus einem der Arbeitsräume direkt in das Fluidreservoir führen, ohne dass dazu eine Lenkwinkelvorgabe an der Getriebeeingangswelle des hydraulischen Lenkgetriebes vorliegen muss. Das Arbeitsventil kann beispielsweise ein Drehschieberventil umfassen, das in Abhängigkeit seiner Schaltstellung durch den elektromechanischen Aktor die Versorgung des Hydraulikfluids in die Arbeitsräume sicherstellt. Ist das Umschaltventil auf den Notbetrieb umgeschaltet, ist die Stellung des Arbeitsventils unerheblich, da die Arbeitsräume direkt aus dem Fluidreservoir versorgt werden. Mit anderen Worten bewirkt das Umschaltventil einen „Bypass“, da das Arbeitsventil umgangen wird. Das Umschaltventil kann insbesondere als 4/2-Wege-Ventil ausgeführt sein. Dem Umschaltventil ist eine entsprechende Steuerungseinrichtung zugeordnet, die insbesondere Lenkbefehle, d.h. Steuerbefehle für die Ansteuerung des hydraulischen Lenkgetriebes, umsetzen kann, um eine entsprechende Versorgung der Arbeitsräume mit dem Hydraulikfluid zu gewährleisten.
Unter dem Begriff „Versorgung“ der Arbeitsräume wird, wie zuvor beschrieben, das Aufbauen eines Drucks mit dem Hydraulikfluid in dem Arbeitsraum verstanden bzw. ein entsprechendes Ablassen von Hydraulikfluid aus dem jeweils anderen Arbeitsraum. Als „Fluidreservoir“ wird ein beliebiges Volumen verstanden, in dem Hydraulikfluid bereitgestellt werden kann, beispielsweise durch eine Pumpe in die Arbeitsräume gefördert werden kann oder passiv oder aktiv aus den Arbeitsräumen entnommen werden und zwischengespeichert werden kann.
Das Umschaltventil oder ein zusätzliches Regelventil kann weiterhin dazu ausgebildet sein, den Druck des aus dem Fluidreservoir an den Arbeitsräumen anliegenden Hydraulikfluids, insbesondere stufenlos, zu regeln. Wie beschrieben, wird durch den Druck in den Arbeitsräumen letztlich auf das hydraulische Lenkgetriebe eingewirkt, sodass das hydraulische Lenkgetriebe in Abhängigkeit von der Menge bzw. dem Druck des Hydraulikfluids in den Arbeitsräumen den Radwinkel einstellt. Dadurch, dass der Druck in den Arbeitsräumen geregelt werden kann, kann der Radwinkel durch das hydraulische Lenkgetriebe eingestellt werden. Hierbei wird insbesondere eine stufenlose Druckregelung bevorzugt, um den Radwinkel dementsprechend stufenlos einstellen zu können. Wie bereits beschrieben, ist es hierzu erforderlich, auf einen der Arbeitsräume einen bestimmten Druck des Hydraulikfluids anzulegen und dementsprechend Druck aus dem wenigstens einen weiteren Arbeitsraum abzulassen.
Das Regelventil kann beispielsweise als 4/3-Wege-Ventil ausgeführt sein. Eine Integration von Umschaltventil und Regelventil in ein gemeinsames Ventil ist ebenso möglich. Ferner kann das Umschaltventil derart ausgebildet sein, dass es sowohl die Umschaltaufgabe als auch die Regelaufgabe übernehmen kann. Grundsätzlich ist im Rahmen dieser Anmeldung eine beliebige Ausgestaltung der Ventile möglich, sodass diese in Art, Anzahl und beliebiger Kombination bereitgestellt werden können. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere in Bezug auf die Ventile, sind daher lediglich als beispielhaft und in Bezug auf die konkrete Anwendungsform änderbar zu verstehen.
Die Lenkgetriebevorrichtung kann eine Rückfallsteuerungseinrichtung aufweisen oder mit einer Rückfalleinheit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt sein, die dazu ausgebildet ist, in einem Notbetrieb ein Steuersignal für eine Ansteuerung des Umschaltventils und/oder des Regelventils zu erzeugen. Nach dieser Ausgestaltung kann der Rückfalleinrichtung eine separate Rückfallsteuerungseinrichtung zugeordnet sein bzw. kann die Lenkgetriebevorrichtung für die Rückfalleinrichtung eine solche separate Rückfallsteuerungseinrichtung aufweisen. Die Steuerung der Rückfalleinrichtung kann auch in einer Rückfalleinheit vorgenommen werden, die Bestandteil einer weiteren Steuerungseinrichtung, beispielsweise eines zentralen Steuergeräts, bildet. Rückfallsteuerungseinrichtung bzw. Rückfalleinheit sind dazu ausgebildet, in dem Notbetrieb ein Steuersignal zu erzeugen, das eine Ansteuerung des Umschaltventils bzw. des Regelventils erlaubt. Das Steuersignal kann entweder über eine Sensorik von einem Lenkelement abgegriffen werden, beispielsweise einem Drehmomentsensor und/oder einem Winkelsensor, die eine Lenkbewegung seitens des Benutzers registrieren und ein entsprechendes Steuersignal erzeugen. Ebenso ist es möglich, dass das Steuersignal in einem Steuergerät erzeugt wird, beispielsweise im Rahmen eines autonomen Fahrbetriebs.
Somit kann die Rückfalleinrichtung als sogenanntes „back-up-system“ betrachtet werden, die eine eigene Steuerungseinrichtung bzw. eine Einheit innerhalb einer anderen Steuerungseinrichtung umfasst. Ferner umfasst die Rückfalleinrichtung einen eigenen hydraulischen Kreis und vorzugsweise eine eigene Pumpe bzw. eine der Rückfalleinheit zugeordnete Pumpe, die im allgemeinen als Druckerzeugungseinrichtung bezeichnet werden kann. Durch die Druckerzeugungseinrichtung ist die Rückfalleinrichtung dazu ausgebildet, Hydraulikfluid in die Arbeitsräume zu fördern, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Die Rückfalleinrichtung kann insbesondere eine erste und/oder eine zweite Druckerzeugungseinrichtung zur Förderung von Hydraulikfluid aufweisen, wobei eine erste Druckerzeugungseinrichtung motorbetrieben und eine zweite Druckerzeugungseinrichtung passiv betrieben sein kann, insbesondere getriebebetrieben oder mittels eines elektrischen Energiespeichers betrieben werden kann. Die entsprechende Druckerzeugungseinrichtung bzw. Pumpe kann auch als Lenkhilfepumpe bezeichnet werden. Die erste Druckerzeugungseinrichtung bzw. eine Druckerzeugungseinrichtung der ersten Art, die zur aktiven Druckerzeugung ausgebildet ist, kann insbesondere durch den Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Somit kann die erste Druckerzeugungseinrichtung vorwiegend dann, wenn der Motor des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann, betrieben werden und eine entsprechende Druckerzeugung in dem Hydraulikfluid vornehmen bzw. Hydraulikfluid unter Druck in die Arbeitsräume fördern.
Die zweite Druckerzeugungseinrichtung kann passiv betrieben werden, das bedeutet, dass die zweite Druckerzeugungseinrichtung letztlich unabhängig von einem Motorbetrieb des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann. Die zweite Druckerzeugungseinrichtung kann beispielsweise getriebebetrieben oder mittels eines elektrischen Energiespeichers betrieben werden. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass bei einem Ausfall des Motorsystems des Kraftfahrzeugs, also in einem Betriebszustand, in dem der Motor des Kraftfahrzeugs ausfällt, dennoch eine Druckerzeugung und Förderung von Hydraulikfluid aus dem Fluidreservoir in die Arbeitsräume möglich ist. Hierzu ist die zweite Druckerzeugungseinrichtung an das Getriebe gekoppelt oder weist einen separaten oder im Kraftfahrzeug vorhandenen Energiespeicher auf, der Energie bereitstellen kann, um die zweite Druckerzeugungseinrichtung zu betreiben.
Der Begriff „passiv betrieben“ betrifft somit einen Betrieb der zweiten Druckerzeugungseinrichtung unabhängig vom Motorsystem des Kraftfahrzeugs. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass die zweite Druckerzeugungseinrichtung auch dann betrieben werden kann, wenn eine Störung im Motorbetrieb des Kraftfahrzeugs vorliegt, insbesondere durch die Drehbewegung von Getriebeelementen im Getriebe des Kraftfahrzeugs bzw. durch einen eigenen elektrischen Energiespeicher oder den Energiespeicher des Kraftfahrzeugs, sodass letztlich noch ausreichend Druck erzeugt werden kann, um das Hydraulikfluid für die Steuerung des hydraulischen Lenkgetriebes bereitzustellen.
Die zweite Druckerzeugungseinrichtung ist insbesondere als autark zu bezeichnen, da diese eine Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeugs auch ohne Motorbetrieb sicherstellt. Hierbei kann insbesondere ein Geschwindigkeitswert definiert werden, bis zu dem eine definierte Lenkunterstützung möglich ist bzw. eine Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeugs definiert aufrechterhalten werden kann. Eine solche Geschwindigkeitsgrenze kann beispielsweise als 10 km/h definiert werden. Die zweite Druckerzeugungseinrichtung ist daher derart ausgelegt, dass auch bei ausgefallenem Motor des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch Getriebebetrieb oder durch einen eigenen elektrischen Energiespeicher, eine Lenkunterstützung möglich ist. Fällt die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unter den definierten Grenzwertwert, ist davon auszugehen, dass das Kraftfahrzeug abgebremst werden kann und eine eingeschränkte Lenkfähigkeit bis zum endgültigen Stillstand ausreicht.
Ferner kann die Lenkgetriebevorrichtung eine Erfassungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ein Lenkwinkelsignal, insbesondere von einem Lenkwinkelsensor, an eine der Rückfalleinrichtung zugeordnete Steuerungseinrichtung zu übermitteln, wobei die Rückfalleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Arbeitsräume basierend auf dem Lenkwinkelsignal mit Hydraulikfluid zu beaufschlagen. Das Lenkwinkelsignal kann auch durch ein Radwinkelsignal ersetzt werden, da letztlich die Vorgabe des Lenkwinkels zu einer entsprechenden Einstellung eines Radwinkels führt. Die Begriffe „Lenkwinkelsignal“ und „Radwinkelsignal“ können somit im Rahmen dieser Anmeldung letztlich ausgetauscht oder synonym verwendet werden. Nach der beschriebenen Ausgestaltung ist ein Lenkwinkelsensor vorgesehen, der angibt, in welche Richtung der Benutzer lenken möchte bzw. welcher Radwinkel am Rad des Kraftfahrzeugs eingestellt werden soll. Ebenso ist es möglich, das Lenkwinkelsignal von einer Steuerungseinrichtung zu erfassen, beispielsweise im Rahmen eines autonomen Fahrbetriebs, da in diesem Fall die Steuerungseinrichtung vorgibt, in welche Richtung die Räder gelenkt werden sollen bzw. welcher Radwinkel eingestellt werden soll.
Hierbei kann insbesondere eine kontinuierliche Überwachung des elektromechanischen Lenksystems erfolgen, gegebenenfalls durch ein separates Steuergerät. Die Steuerungseinrichtung kann einen Soll-Lenkwinkel über ein Bussystem des Fahrzeugs von einer zentralen Steuereinheit erfassen. Der beschriebene Soll-Lenkwinkel kann über geeignete Funktionen in einen zu stellenden Motorstrom übersetzt werden. Letztlich wird somit ein Ist-Moment durch den elektromechanischen Aktor erzeugt. Das Ist-Moment kann über ein Getriebe auf die Getriebeeingangswelle des hydraulischen Lenkgetriebes und das Arbeitsventil aufgebracht werden, um den gewünschten Radwinkel einzustellen. Die Einwirkung des Ist-Moments auf das hydraulische Lenkgetriebe wurde zuvor beschrieben bzw. ist im Rahmen der üblichen Komponenten und Verstärkungsmechanismen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Lenkgetriebevorrichtung kann der Erfassungseinrichtung wenigstens ein Lenkwinkelsensor zugeordnet sein, der an einem Lenkelement und/oder einem mit dem Lenkelement gekoppelten Erfassungselement angeordnet sein kann und/oder kann der Erfassungseinrichtung wenigstens ein Lenkwinkelsensor zugeordnet sein, der an einem Ausgang des Lenkgetriebes angeordnet ist. Die Ausgestaltung ermöglicht somit das Erfassen eines Lenkwinkels durch einen Lenkwinkelsensor.
Hierbei kann der Benutzer des Kraftfahrzeugs selbst lenken, und der an einem Lenkelement, insbesondere einem Lenkrad, vorgegebene Lenkwinkel kann direkt erfasst werden. Daneben ist es ebenso möglich, zusätzlich oder alternativ einen Lenkwinkelsensor an dem Getriebeausgang des Lenkgetriebes vorzusehen. Letztlich kann dadurch erfasst werden, welchen Lenkwinkel der Benutzer des Kraftfahrzeugs einstellen möchte und welcher Lenkwinkel tatsächlich am Getriebeausgang eingestellt wird. Zwischen dem erfassten Soll-Lenkwinkel, den der Benutzer einstellen möchte und dem tatsächlichen Ist-Lenkwinkel, der am Getriebeausgang anliegt, kann die Differenz gebildet werden und die Differenz kann entsprechend korrigiert werden. Der am Getriebeausgang erfasste Lenkwinkelsensor kann daher möglichst nahe am Rad angeordnet werden, um sicherzustellen, dass der Ist-Lenkwinkel tatsächlich als Radwinkel eingestellt wird.
Die Lenkgetriebevorrichtung kann ferner wenigstens eine Überwachungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Funktionsfähigkeit wenigstens einer Komponente der Lenkgetriebevorrichtung zu überwachen. Die Überwachungseinrichtung kann beispielsweise zur Selbstüberwachung ausgebildet sein, die kontinuierlich oder in festgelegten zeitlichen Abständen Statussignale der einzelnen Komponenten der Lenkgetriebevorrichtung überwacht. Zum Beispiel kann das elektromechanische System bzw. der elektromechanische Aktor, eine Steuerungseinrichtung des elektromechanischen Systems und weitere Komponenten Betriebszustände an eine integrierte Steuerungseinrichtung übermitteln. Ebenso ist eine Fremdüberwachung möglich, sodass die Lenkgetriebevorrichtung bzw. die Überwachungseinrichtung der Lenkgetriebevorrichtung durch eine Meldung an ein externes Steuergerät den aktuellen Betriebszustand meldet. Hierbei kann in beiden Fällen vorgesehen sein, dass bei einer Abweichung des Betriebszustands von einem Soll-Betriebszustand oder einem Ausbleiben der Meldung des Betriebszustands, beispielsweise für drei Schaltzyklen, der Notbetrieb ausgeführt bzw. ausgelöst werden kann. Somit kann sichergestellt werden, dass bei einem auftretenden Fehler oder einer Abweichung im Betrieb eine Umschaltung auf den Notbetrieb, wie dies zuvor beschrieben wurde, durchgeführt werden kann.
Die Lenkgetriebevorrichtung kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass die Rückfalleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Notbetrieb in einem autonomen Fahrbetrieb der Lenkgetriebevorrichtung auszuführen. Wie beschrieben, ist es alternativ zu der Vorgabe des Lenkwinkels durch einen Benutzer, nämlich durch Eingabe an einem Lenkelement, ebenso möglich, dass der Fahrbetrieb autonom bzw. teilautonom durchgeführt wird. In einem solchen autonomen Fahrbetrieb wird davon ausgegangen, dass der Radwinkel autonom bzw. automatisch eingestellt werden soll. Hierzu kann eine Steuerungseinrichtung einen Soll-Lenkwinkel vorgeben, der durch das hydraulische Lenkgetriebe umgesetzt werden soll und zu einer Einstellung eines gewünschten Radwinkels führt. In dem autonomen Fall besteht somit letztlich kein direkter mechanischer Durchgriff von einem Lenkelement zu dem hydraulischen Lenkgetriebe, sondern die Einstellung des Lenkwinkels basiert im Normalbetrieb darauf, dass der elektromechanische Aktor die Getriebeeingangswelle des hydraulischen Lenkgetriebes und das Arbeitsventil entsprechend stellt, um durch die Einleitung von Hydraulikfluid in die Arbeitsräume auf das hydraulische Lenkgetriebe einzuwirken und somit den Radwinkel einzustellen.
In einem solchen autonomen Fahrbetrieb führt somit der Ausfall des elektromechanischen Systems bzw. ein Fehler in dem elektromechanischen System, insbesondere Softwarefehler, ein Fehler in der Steuerungseinrichtung oder des elektromechanischen Aktors bzw. ein Fehler in der Erzeugung des Lenkwinkelsignals dazu, dass die Lenkfähigkeit in dem autonomen Fahrbetrieb nicht mehr gegeben ist. Ein möglicher Fall kann auch einen Fehler in einer mechanischen Komponente betreffen, beispielsweise im Bereich des Arbeitsventils oder dessen Ansteuerung, beispielsweise eines Torsionsstabs, der das Drehmoment von dem elektromechanischen Aktor an das Arbeitsventil überträgt.
Wird ein Fehlerfall erfasst, der in dem autonomen Fahrbetrieb auftritt, ist die Rückfalleinrichtung dazu ausgebildet, wie zuvor beschrieben, durch Umschalten mittels des Umschaltventils eine direkte Zuführung bzw. Abführung von Hydraulikfluid in die Arbeitsräume vorzunehmen und somit den elektromechanischen Aktor und die elektromechanische Ansteuerung vollständig zu umgehen. Durch das komplett autarke System der Rückfalleinrichtung wird somit nicht auf andere Komponenten des ausgefallenen Systems zurückgegriffen, sondern ein „Bypass“ geschaffen, der somit eine redundante und unabhängige Ansteuerung im Fehlerfall ermöglicht.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine zuvor beschriebene Lenkgetriebevorrichtung umfasst. Das Kraftfahrzeug kann grundsätzlich als PKW oder LKW ausgeführt sein, wobei die beschriebene Lenkgetriebevorrichtung insbesondere für vergleichsweise schwere Nutzfahrzeuge vorteilhaft eingesetzt werden kann. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Lenkgetriebevorrichtung beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. ist eine schematische Darstellung und zeigt einen Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkgetriebevorrichtung.
Die Fig. zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in einem schematischen Ausschnitt, insbesondere im Bereich einer Lenkgetriebevorrichtung 2. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Lenkgetriebevorrichtung 2 ein Lenkelement 3, zum Beispiel ein Lenkrad, und eine Lenksäule 4 auf, an denen eine Erfassungseinrichtung 5 angeordnet ist, die beispielsweise einen Drehmomentsensor und einen Winkelsensor aufweist, welcher Winkelsensor dazu ausgebildet ist, einen Lenkwinkel, um den das Lenkelement 3 ausgelenkt wird, zu erfassen. Der Drehmomentsensor kann ein durch den Benutzer auf das Lenkelement 3 bewirktes Drehmoment erfassen. Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeug 1 auch zur autonomen Lenkung bzw. Querführung ausgebildet sein, sodass das Lenkelement 3, die Lenksäule 4 und die Erfassungseinrichtung 5 als optional angesehen werden bzw. entfallen können, wenn das Kraftfahrzeug 1 rein autonom gelenkt wird.
Die Lenkgetriebevorrichtung 2 weist ferner ein elektromechanisches System 6 auf, das einen elektromechanischen Aktor 7 sowie eine Steuerungseinrichtung 8 und ein Übersetzungsgetriebe 9 aufweist. Grundsätzlich kann der Aktor 7 elektromechanisch ausgebildet sein, ein Drehmoment zu erzeugen bzw. zu übertragen. Die Steuerungseinrichtung 8 kann mit einem Bus des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise von einem zentralen Steuergerät, das nicht näher dargestellt ist, verbunden sein. Ferner kann die Steuerungseinrichtung 8 die Signale der Erfassungseinrichtung 5 zugeführt bekommen bzw. diese abfragen.
Der Aktor 7 steht über das Übersetzungsgetriebe 9 mit einem Arbeitsventil 10 in Verbindung, beispielsweise über einen Torsionsstab. Das Arbeitsventil 10 wiederum steht mit einem hydraulischen Lenkgetriebe 11 in Verbindung, und kann nicht näher dargestellte Arbeitsräume 12 des hydraulischen Lenkgetriebes 11 wahlweise befüllen. Das hydraulische Lenkgetriebe 11 bewirkt anschließend das Einstellen eines Radwinkels an den lenkbaren Räder 13 des Kraftfahrzeugs 1.
Der Aktor 7 kann somit ein Drehmoment erzeugen, insbesondere basierend auf einer Ansteuerung durch die Steuerungseinrichtung 8, die wiederum den durch den Benutzer am Lenkelement 3 eingestellten Lenkwinkel von der Erfassungseinrichtung 5 zugeführt bekommt. Das Drehmoment von dem Aktor 7 kann somit über das Übersetzungsgetriebe 9 an das Arbeitsventil 10 übertragen werden, sodass die Arbeitsräume 12 entsprechend dem Lenkwinkel mit Hydraulikfluid aus einem Fluidreservoir 14 gefüllt werden können. Hierzu kann eine Druckerzeugungseinrichtung 15 angesteuert werden, um Hydraulikfluid unter Druck in einen von wenigstens zwei Arbeitsräumen 12 zu fördern, je nachdem, wie das Arbeitsventil 10 gestellt ist. Hierbei kann aus dem jeweils anderen Arbeitsraum 12 Hydraulikfluid zurück in das Fluidreservoir 14 entweichen.
Wie beschrieben, kann das Kraftfahrzeug 1 eine autonome Querführung aufweisen, sodass das Lenkelement 3, die Lenksäule 4 und die Erfassungseinrichtung 5 entfallen oder in dem autonomen Betriebsmodus ohne Funktion sind. Die Beschreibung ist ansonsten übertragbar, wobei der geforderte Lenkwinkel bzw. Radwinkel von dem Bus des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere von einem Steuergerät an die Steuerungseinrichtung 8 zugeführt wird.
Tritt in dem elektromechanischen System 6 ein Fehler auf, beispielsweise in der Steuerungseinrichtung 8, dem Aktor 7, dem Übersetzungsgetriebe 9 oder dem Arbeitsventil 10, wird ein Notbetrieb ausgelöst, wofür die Lenkgetriebevorrichtung 2 eine Rückfalleinrichtung 16 aufweist.
Die Rückfalleinrichtung 16 weist ein Umschaltventil 17 auf, das grundsätzlich dazu ausgebildet ist, den Fluidstrom bzw. Fluidpfad von dem Fluidreservoir 14 direkt zu den wenigstens zwei Arbeitsräumen 12 zu leiten. Mit anderen Worten stellt das Umschaltventil 17 einen „Bypass“ dar, da das Hydraulikfluid nicht mehr von dem Fluidreservoir 14 zu dem Arbeitsventil 10 geleitet wird, sondern das Arbeitsventil 10 umgangen wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Rückfalleinrichtung 16 ferner eine Rückfallsteuerungseinrichtung 18 auf, die dazu ausgebildet ist, das Umschaltventil 17 anzusteuern. Wird beispielsweise ein Fehlerfall in dem elektromechanischen System 6 erfasst, kann entweder die Steuerungseinrichtung 8 oder ein zentrales Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 der Rückfallsteuerungseinrichtung 18 den Fehlerfall mitteilen. In diesem Fall kann das elektromechanische System 6 abgeschaltet werden. Grundsätzlich könnten die Steuerungseinrichtungen 8, 18 auch entfallen und die entsprechenden Steuersignale direkt an einem zentralen Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 erzeugt werden.
Aus der Fig. geht ferner hervor, dass die Rückfalleinrichtung 16 ein Regelventil 19 aufweist, das dazu ausgebildet ist, den Druck des Hydraulikfluids in den wenigstens zwei Arbeitsräumen 12 stufenlos zu regeln, d.h., wenigstens einen Arbeitsraum 12 gezielt mit Hydraulikfluid zu beaufschlagen, sodass ein definierter Druck darin erzeugt wird und aus dem wenigstens einen weiteren Arbeitsraum 12 definiert Hydraulikfluid abzulassen und dem Reservoir 14 wieder zuzuführen. Eine entsprechende Steuerung der Druckerzeugungseinrichtung 15 ist hierbei ebenfalls möglich, wobei diese alternativ auch einen Druck erzeugen kann, der anschließend durch das Regelventil 19 verteilt wird. Grundsätzlich können das Regelventil 19 und das Umschaltventil 17 auch in eine einzige Ventileinheit integriert sein. Das Umschaltventil 17 kann ansonsten beispielsweise als 4/2-Wege-Ventil und das Regelventil 19 als 4/3-WegeVentil ausgeführt sein. Im Allgemeinen kann eine beliebige Kombination von mehreren Ventilen verwendet werden.
In dem beschriebenen Notbetrieb wird somit der benötigte Radwinkel an den Rädern 13 dadurch eingestellt, dass das Steuersignal, zum Beispiel erzeugt durch die Rückfallsteuerungseinrichtung 18, an das Umschaltventil 17 geführt wird, die das Hydraulikfluid, das aus dem Reservoir 14 gefördert werden kann, über das Regelventil 19 den Arbeitsräumen 12 zuführt. Wie zuvor beschrieben, kann durch die entsprechende Einstellung des nötigen Drucks in den Arbeitsräumen 12 das hydraulische Lenkgetriebe 11 die Räder 13 um den bestimmten Radwinkel stellen. Der Rückfalleinrichtung 16 ist ferner eine Erfassungseinrichtung 20 zugeordnet, beispielsweise ein Winkelsensor. Dieser kann auf einen Getriebeausgang 21 des hydraulischen Lenkgetriebes 11 zugreifen bzw. einen Lenkwinkel dort abgreifen oder den Radwinkel direkt erfassen. Dadurch kann insbesondere festgestellt werden, ob der gewünschte Lenkwinkel oder Radwinkel tatsächlich umgesetzt wird. Wird ein Lenkelement 3 zur Festlegung des Lenkwinkels verwendet bzw. führt ein Benutzer die Lenkung über das Lenkelement 3 aus, kann der seitens der Erfassungseinrichtung 5 und der seitens der Rückfallerfassungseinrichtung 20 bestimmte Lenkwinkel/Radwinkel miteinander verglichen werden und festgestellt werden, ob der gewünschte Radwinkel tatsächlich erzeugt wird.
Vorteilhafterweise wird durch die Rückfalleinrichtung 16 erreicht, dass die Lenkgetriebevorrichtung 2 vollständig einsetzbar bleibt und das Kraftfahrzeug 1 seine Lenkfähigkeit beibehält. Hierbei greift die Rückfalleinrichtung 16 nicht auf Komponenten des elektromechanischen Systems 6 zurück, sondern bewirkt eine direkte Ansteuerung der Arbeitsräume 12 des hydraulischen Lenkgetriebes 11. Somit kann ein Fehler in einer beliebigen Komponenten des elektromechanischen Systems 6 auftreten, sodass selbst bei einem vollständigen Ausfall der Steuerungseinrichtung 8, des elektromechanischen Aktors 7, des Übersetzungsgetriebe 9 oder des Arbeitsventils 10 die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs 1 vollständig erhalten bleibt.
Als Druckerzeugungseinrichtung 15 kann insbesondere eine erste Druckerzeugungseinrichtung verwendet werden, die beispielsweise motorbetrieben angetrieben wird. Hierbei kann der Motor des Kraftfahrzeugs 1, also die Antriebseinrichtung, über eine entsprechende Getriebeeinheit verwendet werden, die erste Druckerzeugungseinrichtung zu betreiben, sodass Hydraulikfluid aus dem Fluidreservoir 14 gefördert und den entsprechenden Arbeitsräumen 12 zugeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso möglich, dass die Rückfalleinrichtung 16 eine zusätzliche Druckerzeugungseinrichtung, als zweite Druckerzeugungseinrichtung, aufweist, beispielsweise eine passiv betriebene Druckerzeugungseinrichtung. Die zweite Druckerzeugungseinrichtung kann beispielsweise über ein Getriebe des Kraftfahrzeugs 1 betrieben werden, sodass, solange das Kraftfahrzeug 1 ein Bewegung ist, ein Antrieb der zweiten Druckerzeugungseinrichtung möglich ist. Ebenso kann der zweiten Druckerzeugungseinrichtung ein separater, insbesondere elektrischer, Energiespeicher zugeordnet sein, der die zweite Druckerzeugungseinrichtung zumindest so weit antreiben kann, bis das Kraftfahrzeug 1 in einen sicheren Zustand verbracht werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Lenkgetriebevorrichtung
3: Lenkelement
4: Lenksäule
5: Erfassungseinrichtung
6: elektromechanisches System
7: Aktor
8: Steuerungseinrichtung
9: Übersetzungsgetriebe
10: Arbeitsventil
11: hydraulisches Lenkgetriebe
12: Arbeitsraum
13: Rad
14: Fluidreservoir
15: Druckerzeugungseinrichtung
16: Rückfalleinrichtung
17: Umschaltventil
18: Rückfallsteuerungseinrichtung
19: Regelventil
20: Erfassungseinrichtung
21: Getriebeausgang

Claims

Lenkgetriebevorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend ein hydraulisches Lenkgetriebe (11) und einen elektromechanischen Aktor (7), der dazu ausgebildet ist, ein Arbeitsventil (10) des hydraulischen Lenkgetriebes zu stellen, wobei Hydraulikfluid in Abhängigkeit von einer Stellung des Arbeitsventils (10) aus einem Fluidreservoir (14) wahlweise in einen von wenigstens zwei Arbeitsräumen (12) des hydraulischen Lenkgetriebes (11) führbar ist, gekennzeichnet durch eine Rückfalleinrichtung (16), die, insbesondere in einem Notbetrieb der Lenkgetriebevorrichtung (2), dazu ausgebildet ist, Hydraulikfluid unabhängig von der Stellung des Arbeitsventils (10) wahlweise in einen der wenigstens zwei Arbeitsräume (12) zu führen.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfalleinrichtung ein Umschaltventil (17) aufweist, das dazu ausgebildet ist, in einem Normalbetrieb eine Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir (14) und dem Arbeitsventil (10) und in einem Notbetrieb eine Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir (14) und den Arbeitsräumen (12) herzustellen.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (17) oder ein zusätzliches Regelventil (19) dazu ausgebildet ist, den Druck des aus dem Fluidreservoir (14) an den Arbeitsräumen (12) anliegenden Hydraulikfluids, insbesondere stufenlos, zu regeln.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkgetriebevorrichtung (2) eine Rückfallsteuerungseinrichtung (18) aufweist oder mit einer Rückfalleinheit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, die dazu ausgebildet ist, in einem Notbetrieb ein Steuersignal für eine Ansteuerung des Umschaltventils (17) und/oder des Regelventils (19) zu erzeugen.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfalleinrichtung (16) durch eine erste und/oder eine zweite Druckerzeugungseinrichtung (15) zur Förderung von Hydraulikfluid ausgebildet ist, wobei eine erste Druckerzeugungseinrichtung (15) motorbetrieben und eine zweite Druckerzeugungseinrichtung (15) passiv betrieben ist, insbesondere getriebebetrieben oder mittels eines elektrischen Energiespeichers.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (5, 20), die dazu ausgebildet ist, ein Lenkwinkelsignal, insbesondere von einem Lenkwinkelsensor, an eine der Rückfalleinrichtung (16) zugeordnete Steuerungseinrichtung (18) zu übermitteln, wobei die Rückfalleinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, die Arbeitsräume (12) basierend auf dem Lenkwinkelsignal mit Hydraulikfluid zu beaufschlagen.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungseinrichtung (5, 20) wenigstens ein Lenkwinkelsensor zugeordnet ist, der an einem Lenkelement (3) und/oder einem mit dem Lenkelement (3) gekoppelten Erfassungselement angeordnet ist und/oder der Erfassungseinrichtung (5, 20) wenigstens ein Lenkwinkelsensor zugeordnet ist, der an einem Ausgang des Lenkgetriebes (11) angeordnet ist.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkgetriebevorrichtung (2) wenigstens eine Überwachungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Funktionsfähigkeit wenigstens einer Komponente der Lenkgetriebevorrichtung (2) zu überwachen.
Lenkgetriebevorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfalleinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, einen Notbetrieb in einem autonomen Fahrbetrieb der Lenkgetriebevorrichtung (2) auszuführen.
Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Lenkgetriebevorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.