DE10229062A1

DE10229062A1 - Druckmittelpumpe

Info

Publication number: DE10229062A1
Application number: DE2002129062
Authority: DE
Inventors: Johann Merz
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Eine Druckmittelpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges, weist eine Bypass-Volumenregelung und eine Meßblende zur Steuerung bzw. Absenkung des Druckmittelstromes zu dem Verbraucher auf. Die Meßblende ist als elektrisch gesteuertes Schaltventil mit einer Auf/Zu-Schaltung ausgebildet. Die Schaltung erfolgt mittels eines elektrischen Schalters in der Lenkung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmittelpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern eines Druckmittelstromes von einer Druckmittelpumpe zu einem Verbraucher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.

Eine gattungsgemäße Druckmittelpumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes zu einer Hilfskraftlenkung ist aus der DE 195 29 807 A1 bekannt.

Die gattungsgemäße Schrift zeigt eine Druckmittelpumpe in Form einer Flügelzellenpumpe, die, wie auch die sonstigen aus dem Stand der Technik bekannten Druckmittelpumpen, einen Druckraum aufweist, aus dem das Drucköl durch einen Drosseleinsatz zur Druckleitung und zu einem Strombegrenzungsventil gelangt.

Derartige Druckmittelpumpen sind beispielsweise auch aus der DE 41 36 150 A1 hinlänglich bekannt.

Um die Leistungsaufnahme der Druckmittelpumpe abzusenken, wenn keine Lenkbewegung der Fahrzeugräder vorgesehen ist, d.h. wenn nicht gelenkt wird, sind Systeme zur Absenkung des Druckmittelstromes, die die Aufgabe haben den Druck im Servolenksystem zu reduzieren, bekannt. Hierbei wird zwischen zwei grundsätzlichen Wirkungstypen, nämlich den hydraulisch gesteuerten Systemen und den elektrisch gesteuerten Systemen unterschieden.

Hydraulisch gesteuerte Systeme, wie sie auch aus der gattungsgemäßen Schrift bekannt sind, haben den Nachteil einer langen Steuerzeit. Dies liegt daran, daß ein bestimmter Druck angestaut werden muß bis das Ventil aussteuert und der Druckmittelstrom ansteigt.

In der gattungsgemäßen Schrift, der DE 195 29 807 A1 ist hierzu ausgeführt, daß ein Druckmittel in einen Druckraum eines Hauptsteuerkolbens, der auch als Stromregelkolben bezeichnet wird, gefördert wird. Dieser ist bei Beginn der Lenkbewegung sowohl in Richtung eines Tankanschlusses (By-Pass-Regelung) als auch durch eine Blende, die einen Anschluß zu einem Verbraucher verschließt, abgeschlossen. Steigt jedoch der Druck in dem Druckraum an, so wird der Hauptsteuerkolben derart verschoben, daß die Blende eine Öffnung freigibt, durch den das, im Druckraum befindliche Druckmittel durch den Anschluß zum Verbraucher gelangen kann. In der DE 195 29 807 A1 ist vorgesehen, daß die Blende durch eine Verlängerung des Hauptsteuerkolbens verschlossen wird, wobei die Verlängerung mit der Blende keinen axialen Anschlag bildet, sondern der Hauptsteuerkolben von einer Feder gegen ein Widerlager gedrückt wird, so daß ein Sitzventil ausgebildet ist. Toleranzen in der Fertigung des Sitzventils beeinflussen somit nicht die Abdichtung der Blende durch die Verlängerung des Hauptsteuerkolbens in dessen Ruheposition.

Wie auch bei anderen hydraulisch gesteuerten Systemen muß, wie bereits erwähnt, bei der gattungsgemäßen Schrift ein bestimmter aufgestauter Druck vorhanden sein, damit das Ventil aussteuert bzw. die Blende geöffnet wird und ein Druckmittelstrom zu dem Verbraucher gelangen kann.

Die als Alternative zu den hydraulisch gesteuerten Systemen bekannten elektrisch gesteuerten Systeme sind proportional ausgesteuert. Die Parameter dabei sind z.B. Fahrgeschwindigkeit, Lenkgeschwindigkeit, Beschleunigung, Giergeschwindigkeit, Beladungszustand, Motordrehzahl, ESP-Signale, ABS-Signale, Lenkwinkel sowie fahrerindividuelle Einstellungen. Nachteilhaft ist dabei, daß die Steuerzeit zwar kürzer als bei hydraulischen Systemen ist, jedoch durch den Steuervorgang eine Verzögerung stattfindet.

Der Hauptnachteil der elektrisch gesteuerten Systeme besteht darin, daß diese bedingt durch eine entsprechende Sensorik, eine Steuerelektronik und das Proportionalventil hohe Kosten verursachen. Von Nachteil ist darüber hinaus die Baugröße des Proportionalventils.

Nachteilhaft ist außerdem, daß die zur Verfügung stehende Steuerspannung, da die Steuerelektronik Spannungsverluste aufweist, reduziert wird. Dies bedingt eine weitere Vergrößerung des Proportionalventils.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Druckmittelpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der der Volumenstrom zu einem Verbraucher, insbesondere wenn die Fahrzeugräder nicht ausgelenkt werden sollen, schnell und zuverlässig abgesenkt sowie bei Bedarf wieder erhöht werden kann, wobei die hierfür notwendigen Bauteile auf ein Minimum reduziert und kostengünstig sein sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich einem Verfahren zur Steuerung bzw. Absenkung eines Druckmittelstromes durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 12 gelöst.

Dadurch, daß die Meßblende als Schaltventil ausgebildet ist, das über eine Auf/Zu-Schaltung verfügt, ist es möglich den Druckmittelstrom von der Druckmittelpumpe zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges, schnell abzusenken bzw. wieder zu erhöhen, wenn eine Lenkbewegung für die Fahrzeugräder eingeleitet wird. Die Leistungsaufnahme der Druckmittelpumpe wird optimiert. Das elektrisch gesteuerte Schaltventil stellt gemeinsam mit dem elektrischen Schalter, der die Auf/Zu-Schaltung auslöst, somit eine Energiesparschaltung dar. Das Anstauen eines bestimmten Drucks, wie bei den bisher bekannten hydraulisch gesteuerten Systemen, ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht notwendig, da das Schaltven til elektrisch gesteuert wird. Die Nachteile der bisher bekannten elektrischen Systeme, insbesondere die hohen Kosten, die Bauteilgröße und die Zeitverzögerung, durch den Steuervorgang, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung aufgrund des einfachen Aufbaus des Schaltventiles mit einer Auf/Zu-Schaltung ebenfalls verhindert. Auf eine Steuerelektronik, entsprechende Software, eine Sensorik sowie ein Proportionalventil kann verzichtet werden.

Der Erfinder hat in überraschender Weise festgestellt, daß sich durch die dargestellte Lösung kostengünstig und zuverlässig besonders schnelle Steuerzeiten erreichen lassen. Das elektrisch gesteuerte Schaltventil benötigt nur einen sehr geringen Bauraum, da nur aufund zugeschaltet wird. Vorteilhaft ist außerdem, daß keine Spannungsverluste, wie bei der Steuerelektronik der bisher bekannten elektrisch gesteuerten Systeme auftreten, wodurch immer die volle Fahrzeugspannung zur Verfügung steht. Auch dadurch ist es möglich das Schaltventil sehr klein auszugestalten.

Von Vorteil ist es, wenn der elektrische Schalter in einer Lenksäule, einer Lenkhandhabe oder einem Lenkventil angeordnet ist und der elektrische Schalter, wenn eine Auslenkung der Fahrzeugräder nicht vorgesehen ist bzw. ein abgesenkter Druckmittelstrom zur Hilfskraftlenkung vorteilhaft ist, eine Zu-Schaltung des Schaltventiles auslöst.

Eine derartige Schaltung ist zuverlässig und läßt sich einfach und kostengünstig realisieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung.
Der Aufbau einer Druckmittelpumpe ist grundsätzlich, beispielsweise aus der DE 41 36 150 A1 , bekannt. Ebenfalls grundsätzlich bekannt sind Hilfskraftlenkungen mit hydraulischer Unterstützung für Kraft- und Nutzfahrzeuge, wobei auf die DE 198 29 531 A1 verwiesen wird. Nachfolgend werden deshalb nur die für die Erfindung notwendigen Merkmale näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt eine Druckmittelpumpe 1 in einer Ausführung als Flügelzellenpumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes zu einem als Hilfskraftlenkung 2 ausgebildeten Verbraucher. Der Druckmittelstrom wird dabei zu zwei nicht näher dargestellten Arbeitsräumen der Hilfskraftlenkung 2 gesteuert. Die Arbeitsräume sind dabei in bekannter Weise durch ein Gehäuse 2a gebildet, in dem ein Arbeitskolben, der die Arbeitsräume voneinander trennt, angeordnet ist. Der Arbeitskolben ist im allgemeinen mit einer Zahnstange verbunden. Ein vom Fahrer mittels einer Lenkhandhabe 3 vorgegebener Lenkwunsch bzw. ein durch eine Recheneinheit erzeugter Lenkwunsch wirkt dabei über eine Lenksäule 4 auf ein Antriebsritzel, das in Wirkverbindung mit der Zahnstange steht (nicht dargestellt).
Selbstverständlich kann in einer alternativen Ausführungsform der vom Fahrer mittels der Lenkhandhabe 3 vorgegebene Lenkwunsch auch von einem Lenkmomentsensor erfaßt und an eine Recheneinheit übertragen werden.
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel läßt sich lenkungsseitig alternativ auch als "Steer by Wire"-Lenkung oder als Überlagerungslenkung (AFS) ausgestalten.
Die Druckmittelpumpe 1 ist in bekannter Weise mit einem Druckmittelspeicher 5 verbunden.
Wie aus der Figur ersichtlich, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine By-Pass-Volumenregelung 6 auf. Derartige By-Pass-Regelungen 6 sind bereits hinlänglich bekannt und deshalb in der Figur nur prinzipmäßig angedeutet. Herkömmliche By-Pass-Regelungen 6 weisen einen Stromregelkolben auf, durch den ein überschüssiger Druckmittelstrom zurück zur Pumpensaugseite geleitet wird. Somit ist sichergestellt, daß ein konstant geregelter Druckmittelstrom, der einen Maximalwert nicht übersteigt, zu der Hilfskraftlenkung 2 gelangt. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn bei ansteigender Pumpendrehzahl ein gerader oder fallender Verlauf des Druckmittelstromes zu der Hilfskraftlenkung realisierbar ist. Ein fallender Verlauf des Druckmittelstromes ist insbesondere deshalb sinnvoll, da bei einer höheren Pumpendrehzahl auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend höher ist, so daß ein höherer Lenkwiderstand die Fahrdynamik und das Fahrgefühl verbessert.
By-Pass-Regelungen 6 sind im allgemeinen derart ausgestaltet, daß die By-Pass-Leitung erst ab einem bestimmten, vorgegebenen Druck öffnet.
Der von der Flügelzellenpumpe 1 erzeugte Druckmittelstrom passiert erfindungsgemäß, um zu der Hilfskraftlenkung 2 bzw. den Arbeitsräumen in dem Gehäuse 2a zu gelangen, ein elektrisch gesteuertes Schaltventil 7. Das Schaltventil 7 weist eine Auf/Zu-Schaltung auf. Das Schaltventil 7 ist nur in zwei Schaltstellungen "Ruf" oder "Zu" schaltbar. In dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das erfindungsgemäße Schaltventil 7 vollständig auf sowie vollständig zu schaltet und mit einer parallel verlaufenden Blende 8 ein minimaler Volumenstrom des Druckmittels definiert wird. Die Blende 8 kann einfach ausgestaltet sein und einen konstanten, nicht schaltbaren Öffnungsquerschnitt aufweisen.
Alternativ oder ergänzend dazu kann auch vorgesehen sein, daß das Schaltventil 7 in der Zu-Stellung einen Restquerschnitt bzw. eine Minimalöffnung offenläßt.
Es kann in alternativen Ausführungsformen vorteilhaft erscheinen, das Schaltventil 7 zur Optimierung bzw. zur Systemanpassung hydraulisch gedämpft auszubilden.
Die Auf/Zu-Schaltung erfolgt über einen elektrischen Schalter 9. Der elektrische Schalter 9 erfaßt eine vorgesehene Lenkbewegung bzw. eine vorgesehene Lenkbewegung wird an den Schalter 9 übermittelt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Schalter 9 hierzu in der Lenkung, im Bereich des Lenkventiles 10 angeordnet. Alternativ dazu kann der Schalter 9 jedoch auch an der Lenksäule 4, der Lenkhandhabe 3 oder einem anderen geeigneten Ort zum Erfassen eines Lenkwunsches angeordnet sein. Der elektrische Schalter 9 kann hierzu auch mit einer Rechen einheit, die z.B. die Fahrgeschwindigkeit, die Lenkgeschwindigkeit, die Beschleunigungen und ähnliche Werte verarbeitet, korrespondieren.
Der elektrische Schalter 9 löst bei einer vorgesehenen Auslenkung der nicht näher dargestellten Fahrzeugräder, bzw. wenn die Hilfskraftlenkung 2 einen erhöhten Druckmittelstrom benötigt eine Auf-Schaltung des Schaltventiles 7 aus.
Analog dazu löst der elektrische Schalter 9, wenn einen Auslenkung der Fahrzeugräder nicht vorgesehen ist, bzw. wenn ein abgesenkter Druckmittelstrom zur Hilfskraftlenkung 2 vorteilhaft erscheint, eine Zu-Schaltung des Schaltventiles 7 aus.
Je nach Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung kann entweder vorgesehen sein, daß das Schaltventil 7 stromlos auf oder stromlos zu ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das elektrische Schaltventil 7 und der elektrische Schalter 9 direkt mit einem elektrischen Stromkreis bzw. einer Batterie 11 des Kraftfahrzeuges verbunden sind.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Schaltventiles 7 besteht darin, dieses als Sitz- oder Schieberventil auszugestalten. Sitz- oder Schieberventile sind aus der Praxis hinlänglich bekannt, weshalb auf den konstruktiven Aufbau derselben und deren Vorzüge nicht näher eingegangen wird.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine besonders vorteilhafte Energiesparschaltung. Die Erfindung er streckt sich auf alle Arten von Druckmittelpumpen, beispielsweise auch auf Radialkolbenpumpen, sowie andere für den Fachmann naheliegende Möglichkeiten zur Erzeugung eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher.

Claims

Druckmittelpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einer By-Pass-Volumenregelung und einer Meßblende zur Steuerung bzw. Absenkung des Druckmittelstromes zu dem Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblende als elektrisch gesteuertes Schaltventil (7) mit einer Auf/Zu-Schaltung ausgebildet ist und die Schaltung mittels eines elektrischen Schalters (9) in der Lenkung erfolgt.
Druckmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (9) eine vorgesehene Lenkbewegung erfaßt und/oder diese an den elektrischen Schalter (9) übermittelbar ist.
Druckmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (9) in einer Lenksäule (4), einer Lenkhandhabe (3) oder einem Lenkventil (10) angeordnet ist.
Druckmittelpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (9) bei einer vorgesehe nen Auslenkung der Fahrzeugräder bzw. wenn die Hilfskraftlenkung (2) einen erhöhten Druckmittel-Strom benötigt eine Auf-Schaltung des Schaltventiles (7) auslöst .
Druckmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (9), wenn eine Auslenkung der Fahrzeugräder nicht vorgesehen ist, bzw. wenn ein abgesenkter Druckmittelstrom zur Hilfskraftlenkung (2) vorteilhaft ist, eine Zu-Schaltung des Schaltventiles (7) auslöst.
Druckmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Blende (8) zur Realisierung eines Minimumdruckmittelstromes zu der Hilfskraftlenkung (2) vorgesehen ist.
Druckmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (7) in der Zu-Stellung einen geöffneten Restquerschnitt aufweist.
Druckmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (7) hydraulisch gedämpft ist.
Druckmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (7) stromlos in der Zu- oder Auf-Stellung ist.
Druckmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (9) und/oder das Schaltventil (7) vorzugsweise direkt mit einem elektrischen Stromkreis bzw. einer Batterie (11) verbunden sind.
Druckmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (7) als Sitz- oder Schieberventil ausgebildet ist.
Verfahren zum Steuern eines Druckmittelstromes von einer Druckmittelpumpe zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges, wobei zur Steuerung bzw. Absenkung des Druckmittelstromes eine By-Pass-Volumenregelung und eine Meßblende verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßblende ein elektrisch gesteuertes Schaltventil (7) mit einer Auf/Zu-Schaltung eingesetzt wird und die Auf/Zu-Schaltung durch einen elektrischen Schalter (9) ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch den elektrischen Schalter (9) eine vorgesehene Lenkbewegung erfaßt wird.