DE10351559A1

DE10351559A1 - Hydraulische Servolenkung

Info

Publication number: DE10351559A1
Application number: DE2003151559
Authority: DE
Inventors: Harwin Niessen; Klaus Von Hammel; Christian Marzian
Original assignee: ThyssenKrupp Presta Steertec GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einer mechanischen Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkhandrad, einer Lenkgetriebeanordnung zur Lenkbetätigung von Fahrzeugrädern und einem mit der Lenkgetriebeanordnung gekoppelten Kolben-Zylinder-Aggregat, wobei ein Drehmomentsensor das an der Lenkhandhabe auftretende Handmoment ermittelt und an ein Steuergerät übermittelt, und daß das Steuergerät ein insbesondere elektromechanisches Ventil in Abhängigkeit des Fahrzustandes ansteuert, welches eine Druckverteilung zur einzustellenden oder einzuregelnden Unterstützung im Kolben-Zylinder-Aggregat einstellt oder regelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Hydraulische Servolenkungen mit Drehschieberventil zur Einstellung der verdrehwinkelabhängigen Unterstützungskraft sind hinlänglich bekannt. Diese hydraulischen Servolenkungen weisen eine hohe Leistungsdichte auf und sind somit auch für schwere Nutzfahrzeuge einsetzbar, haben jedoch den Nachteil, daß die Änderung der Unterstützungskennlinien nur über mechanische Bearbeitung der Steuerkanten im Drehschieberventil möglich sind. Auch ist keine aktive Rückstellung möglich und eine geschwindigkeitsabhängige Unterstützungskennlinie nur mit hohem Aufwand realisierbar.
Ferner sind sog. EPAS Lenkungen bekannt, bei denen die Unterstützungskraft mit Hilfe eines Elektromotors erzeugt wird. Gegenüber den hydraulischen Servolenkungen sind bei EPAS-Lenkungen eine aktive Rückstellung und Endlagendämpfung, geschwindigkeitsabhängige Unterstützungskennlinien und weitere Assistenzfunktionen leicht über Software zu realisieren. Ebenso ist der Verlauf der Unterstützungskennlinien per Software einstellbar. Allerdings weisen die EPAS-Lenkungen den Nachteil auf, daß sie bei einem 12V Bordnetz nur bis 12kN Zahnstangenkraft wirtschaftlich zu implementieren sind.
Aus der DE 195 40 956 ist eine Kombination aus beiden vorbeschriebenen Lenkungen bekannt. So kann die offenbarte Lenkung einerseits als normale Servolenkung mit Drehschieberventil oder aber als Steer-by-wire-Lenkung verwendet werden, wobei kein Servomotor beim Steer-by-wire-Betrieb auf die Zahnstange wirkt, sondern das bereits vorhandene Kolben-Zylinder-Aggregate verwendet wird, wobei über ein zusätzliches Servoventil das Kolben-Zylinder-Aggregat gesteuert wird. Zur Druckregelung ist das Servoventil über die Differenz zwischen einer mit dem Lenkwinkel der Fahrzeugräder korrelierenden ersten Größe und einer zumindest mit dem Stellhub der Lenkhandhabe korrelierenden zweiten Größe steuerbar. Das Handmoment wird im Steer-by-wire-Betrieb mittels eines zusätzlichen Handkraftstellers generiert. Zur Umschaltung von der reinen hydraulischen Lenkung zur Steer-by-wire-Lenkung wird eine Kupplung benötigt, mittels derer die mechanische Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Lenkgetriebe lösbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aus wenigen herkömmlichen Bauteilen bzw. Systemen bestehende hydraulische Servolenkung bereitzustellen, bei der aktiv die dem Fahrzustand benötigte Unterstützung beliebig per Software einstell- bzw. einregelbar ist.
Diese Aufgabe wird erfinderisch mit einer Servolenkung mit den Merkmalen gem. des unabhängigen Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
Vorteilhaft zeichnet sich die erfindungsgemäße hydraulische Servolenkung dadurch aus, daß ein herkömmliches hydraulisches Lenkgetriebe verwendet werden kann, ohne daß es umkonstruiert werden muß. So können mit der erfindungsgemäßen Servolenkung sehr hohe Zahnstangenkräfte aufgebracht werden, wodurch sie vorteilhaft auch im Nutzfahrzeugbereich einsetzbar ist. Gleichzeitig kann die Unterstützung aktiv über das Steuergerät dem jeweiligen Fahrzustand entsprechend eingestellt bzw. -geregelt werden. Hierfür sind im Steuergerät vorteilhaft entsprechende Kennlinienfelder und/oder Regleralgorithmen abgelegt. Auch ist eine aktiv einregelbare Rückführung der ausgelenkten Handhabe in die Mittenstellung, aktive Dämpfung, geschwindigkeitsabhängige Unterstützungskennlinien und weitere Assistenzfunktionen mittels der erfindungsgemäßen Lenkungen vorteilhaft möglich.
Bei der Ausführungsform gem. Anspruch 1 wird mittels des Steuergerätes in Abhängigkeit des ermittelten Handmoments und des Fahrzustandes eine Stellgröße für ein Ventil generiert, wobei das Ventil die Druckverteilung im Kolben-Zylinder-Aggregat einstellt bzw. regelt. Mittels des einstellbaren Ventils kann somit aktiv eine beliebig vorgebbare Unterstützung eingestellt werden.
Bei der Ausführungsform gem. des Anspruchs 2, bei der z.B. ein herkömmliches Drehschieberventil Verwendung finden kann, welches jedoch im Normalbetrieb des Fahrzeuges nicht über die Lenkhandhabe, sondern über einen gesonderten, insbesondere elektrischen Antrieb verstellt wird, kann ebenfalls die Unterstützung aktiv per Software eingestellt bzw. -geregelt werden. Es ist selbstverständlich Gegenstand der Erfindung, daß ein speziell für diese Erfindung angepaßtes Ventil, welches z.B. ein Drehschieberventil oder ein Linearventil sein kann, Verwendung finden kann. Dieses kann besondere, insbesondere auf den Antrieb abgestimmte Kennlinien aufweisen.
Damit auch bei Ausfall des Antriebs oder dessen Steuerung eine Unterstützung möglich ist, kann ein herkömmliches Drehschieberventil, welches auf das Fahrzeug abgestimmt ist, verwendet werden, welches mittels über eine Kupplung mit der Handhabe bzw. der mechanischen Verbindung, welche die Handhabe mit dem Lenkgetriebe verbindet, mechanisch verbunden wird, so daß bei Ausfall der aktiven Steuerung der Unterstützung die passive Unterstützungsregelung als Rückfallebene dient.
Nachfolgend werden anhand von Figuren die beiden Erfindungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Eine schematische Darstellung der ersten Variante der Erfindung gem. Anspruch 1;
2: Eine schematische Darstellung der zweiten Variante der Erfindung gem. Anspruch 2.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Variante der Erfindung gem. Anspruch 1. Die hydraulische Servolenkung weist eine Handhabe 1, z.B. in Form eines Lenkrades auf, welche über eine mechanische Verbindung (Lenksäule) 2 mit dem Lenkgetriebe 4, 6 mechanisch dauerhaft in Verbindung ist. Am Ende der Lenksäule ist ein Ritzel 6 angeordnet, welches mit der Verzahnung der Zahnstange 4 zusammenwirkt. Die Zahnstange 4 ist ihrerseits mit dem Lenkgestänge 8 und über dieses mit den zu lenkenden Rädern 5 in Verbindung. Ein Drehmomentsensor 3 ermittelt das an der Lenkhandhabe 1 auftretende Handmoment und übermittelt über eine Signalleitung 14 eine entsprechende Größe an ein Steuergerät 13. Mittels einer Ölpumpe 9 wird dem Ventil 12 über Zuleitung 10 Öl mit einem bestimmten Druck zugeführt. Der Öldruck kann vom jeweiligen Fahrzustand und Winkeleinschlag variieren und vom Steuergerät 13 eingeregelt bzw. vorgegeben werden. Das Steuergerät generiert anhand des ermittelten Handmoments und des Fahrzustandes, welcher sich durch die zusätzlich übermittelten Zustandsgrößen 20 ergibt, eine Stellgröße für das Ventil 12. Das Ventil 12 stellt bzw. regelt ein bestimmtes Druckverhältnis im Kolben-Zylinder-Aggregat 7 ein, welches direkt auf die Zahnstange 4 wirkt, wodurch sich eine bestimmte Unterstützung einstellen bzw. einregeln läßt. Der Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates 7 kann, wie bei hydraulischen Servolenkungen üblich, durch einen Bereich der Zahnstange 4 gebildet sein. Das Ventil 12 kann ein beliebiges aktiv ansteuerbares Ventil, z.B. ein elektromechanisches Linearschieberventil, sein.
Die 2 zeigt eine zweite Variante der Erfindung gem. der Ansprüche 2 bis 4. Diese Variante unterscheidet sich von der ersten Variante lediglich dadurch, daß das Ventil über einen Antrieb 16 verstellt wird, welcher durch das Steuergerät 15 gesteuert bzw. geregelt wird. Der Antrieb kann z.B. ein Elektromotor, z.B. in Form eines Servos sein. Das Ventil kann ebenfalls ein beliebiges mechanisch antreibbares Ventil, z.B. ein Drehschieberventil, sein. Um eine Rückfallebene bei Ausfall des Antriebs 16 oder der Steuerung 15 zu realisieren, kann das Ventil 17 über eine Kupplung mit der Lenksäule im Störfall verbunden werden, wodurch eine mechanische Verbindung zwischen Ventil 17 und Lenkhandhabe 1 entsteht und somit das Ventil mittels der Lenkhandhabe – wie bei herkömmlichen hydraulischen Servolenkungen das Drehschieberventil – verstellt wird.

Claims

Hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einer mechanischen Verbindung (2) zwischen einer Lenkhandhabe (1), insbesondere einem Lenkhandrad, einer Lenkgetriebeanordnung (4, 6, 8) zur Lenkbetätigung von Fahrzeugrädern (5) und einem mit der Lenkgetriebeanordnung gekoppelten Kolben-Zylinder-Aggregat (7), dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehmomentsensor (3) das an der Lenkhandhabe (1) auftretende Handmoment ermittelt und an ein Steuergerät (13) übermittelt, und daß das Steuergerät (13) ein insbesondere elektromechanisches Ventil (12) in Abhängigkeit des Fahrzustandes ansteuert, welches eine Druckverteilung zur einzustellenden oder einzuregelnden Unterstützung im Kolben-Zylinder-Aggregat (7) einstellt oder -regelt.
Hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einer mechanischen Verbindung (2) zwischen einer Lenkhandhabe (1), insbesondere einem Lenkhandrad, einer Lenkgetriebeanordnung (4, 6, 8) zur Lenkbetätigung von Fahrzeugrädern (5), und einem mit der Lenkgetriebeanordnung gekoppelten Kolben-Zylinder-Aggregat (7), sowie einem mechanisch angetriebenen Ventil (17), dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehmomentsensor (3) das an der Lenkhandhabe (1) auftretende Handmoment ermittelt und an ein Steuergerät (15) übermittelt, und daß das Steuergerät (15) einen Antrieb (16) in Abhängigkeit des Fahrzustandes ansteuert, welcher das Ventil (17) verstellt, und das Ventil (17) eine Druckverteilung zur einzustellenden oder einzuregelnden Unterstützung im Kolben-Zylinder-Aggregat (7) einstellt oder -regelt.
Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (18) zwischen dem Ventil (17) und der mechanischen Verbindung (2) angeordnet ist, mittels derer bei Ausfall des Antriebs (16) oder dessen Steuerung (15) das Ventil (17) über die Lenkhandhabe (1) mechanisch zwangsgeführt wird.
Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (17) ein Drehschieberventil ist.