DE19828816A1 - Servolenkung für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Servolenkung für KraftfahrzeugeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine für einen Steer-by-wire-Betrieb geeignete hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer von einem Fahrer betätigten Lenkhandhabe, einem Fahrzeuglenkräder betätigenden Servomotor, einem den Servomotor betätigenden und als Drehschieberanordnung ausgebildeten Servoventil, dessen zueinander drehbewegliche Steuerteile miteinander durch eine Federung in eine Normallage relativ zueinander gedrängt werden, einem mit den Steuerteilen zu deren Drehverstellung relativ zueinander gekoppelten und das Servoventil betätigenden Stellmotor, einem mit der Lenkhandhabe betätigten Lenkwinkel-Sollwertgeber, einem mit den Fahrzeuglenkrädern betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber und einer in Abhängigkeit eines Vergleiches der Soll- und Istlenkwinkel den Stellmotor betätigenden Regelschaltung. Um diese Servolenkung hinsichtlich ihres Regelverhaltens zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Winkelsensor vorzusehen, der mit den Steuerteilen gekoppelt ist und deren relative Winkellage detektiert, wobei die Regelschaltung beim Betätigen des Stellmotors diese Winkellage berückstichtigt.
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung für
Kraftfahrzeuge, die für einen Steer-by-wire-Betrieb geeignet
ist und die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 auf
weist.
Eine derartige Servolenkung ist beispielsweise aus der
DE 195 41 752 A1 bekannt. Die bekannte Servolenkung weist ei
ne beispielsweise als Lenkhandrad ausgebildete Lenkhandhabe
auf, die zum Lenken des Fahrzeuges von einem Fahrer des Fahr
zeuges von Hand betätigt ist. Außerdem verfügt die bekannte
Servolenkung über einen hydraulischen Servomotor, der mit
lenkbaren Fahrzeugrädern antriebsgekoppelt ist und diese zum
Lenken des Fahrzeuges entsprechend betätigt. Außerdem weist
die Servolenkung ein den Servomotor betätigendes Servoventil
auf, das als Drehschieberanordnung ausgebildet ist, dessen
zueinander drehbewegliche Steuerteile miteinander durch eine
vorzugsweise als Drehstab ausgebildete Federung in eine Nor
mallage relativ zueinander gedrängt werden. Darüber hinaus
weist die bekannte Servolenkung einen Stellmotor zur Betäti
gung des Servoventils auf, wobei der Stellmotor mit den Steu
erteilen der Drehschieberanordnung zu deren Drehverstellung
relativ zueinander direkt oder indirekt antriebsgekoppelt
ist. Zusätzlich sind ein mit der Lenkhandhabe betätigter
Lenkwinkel-Sollwertgeber und ein mit den lenkbaren Fahrzeug
rädern betätigter Lenkwinkel-Istwertgeber sowie eine Regel-
und Steueranordnung vorhanden, wobei diese Regel- und Steuer
anordnung zum Lenken des Fahrzeuges den Stellmotor in Abhän
gigkeit eines Vergleiches der Soll- und Istlenkwinkel betä
tigt.
Bei als Drehschieberanordnung ausgebildeten Servoventilen
können Herstellungstoleranzen zu hydraulischen Unsymmetrien
des Servoventiles führen. Ebenso können Reibungsverluste,
z. B. in Dichtungen, zu Hysterese-Effekten und damit zu Tot
zeiten im Servoventil führen, die eine exakte Lageregelung
des Servomotors und damit eine exakte Spurhaltung des Fahr
zeuges beeinträchtigen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
bei einer Servolenkung der eingangs genannten Art das Rege
lungsverhalten zu verbessern.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Servolenkung
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht hierbei auf dem allgemeinen Gedanken,
mit Hilfe eines Winkelsensors den Stellweg des Servoventils
zu erkennen und diesen als zusätzliche Stellgröße zur Verbes
serung der Regelung zu verwenden. Beispielsweise hängt die
durch den Servomotor erzeugbare Stellkraft vom Stellweg des
in der Regel als Proportionalstellventil ausgebildeten Servo
ventils ab, so daß durch die Erfassung des Stellweges die
Stellkraft am Servomotor besser dosiert werden kann. Eine ge
wünschte Lenkwinkeländerung kann dann auch mit weniger Regel
aufwand und insbesondere schneller durchgeführt werden, wenn
die Regel- und Steueranordnung der Servolenkung am Servoven
til jeweils den geeigneten Stellweg einstellt.
Darüber hinaus ergeben sich bei Servoventilen, die mit einer
sogenannten "offenen Mitte" ausgestattet sind, besondere Vor
teile bei der Ausregelung von außen auf die Fahrzeugräder
einwirkenden Seitenkräften. Bei einem Servoventil mit offener
Mitte kommunizieren sämtliche Anschlüsse des Servoventils
miteinander, wenn das Servoventil seine Normallage einnimmt.
Ein Servoventil mit offener Mitte hat den großen Vorteil, daß
eine Druckquelle des Hydrauliksystems, das ist vorzugsweise
eine Hydraulikmittelpumpe, ständig Hydraulikdruck zur Verfü
gung stellen kann. Der nicht benötigte Hydraulikdruck wird in
der Normallage des Servoventils über dessen offene Mitte in
ein entsprechendes Reservoir entspannt. Falls der Servomotor
betätigt werden soll, steht der erforderliche Hydraulikdruck
unmittelbar zur Verfügung.
In der Normallage des Servoventils können jedoch Radseiten
kräfte über die offene Mitte des Servoventils eine Verstel
lung des Servomotors und somit eine Lenkwinkelveränderung
provozieren. Um dem entgegenzuwirken, muß durch eine entspre
chende Betätigung des Servoventils am Servomotor eine geeig
nete Gegenstellkraft erzeugt werden. Da bei der erfindungsge
mäßen Servolenkung auf besonders einfache Weise eine geziel
te, dosierte Servoventilverstellung durchführbar ist, kann
die Servolenkung nach der Erfindung angemessen auf Radseiten
kräfte reagieren, ohne großen Regelaufwand. Denn sobald eine
Störkraft auf die lenkbaren Fahrzeugräder einwirkt, kann in
Abhängigkeit der Störkraft eine dosierte Gegenkraft über eine
entsprechend gezielte Servoventilsteuerung aufgebracht wer
den.
Außerdem wird durch den insgesamt reduzierten Regelbedarf das
gesamte Lenksystem stabilisiert, wobei sich insbesondere Ei
genschwingungen im Regelkreis nicht aufschaukeln können.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Servolenkung können Druckmeßmittel vorgesehen
sein, die zum Bestimmen eines Differenzdruckes zwischen zwei
Hydraulikanschlüssen des hydraulischen Servomotors dienen,
wobei die Hydraulikanschlüsse durch das Servoventil zur Betä
tigung des Servomotors mit Hydraulikdruck beaufschlagt sind.
Mit Hilfe des zwischen den Hydraulikanschlüssen des Servomo
tors herrschenden Differenzdruckes kann auf einfache Weise
eine mit der Stellkraft des Servomotors korrelierende Größe
ermittelt werden. Dadurch ist es auch möglich, die zum Ein
stellen eines gewünschten Lenkwinkels erforderliche Stell
kraft einzustellen oder eine auf die gelenkten Fahrzeugräder
einwirkende Störkraft zu ermitteln.
Darüber hinaus kann entsprechend einer Weiterbildung der er
findungsgemäßen Servolenkung eine Zuordnung zwischen den Dif
ferenzdrücken an den Hydraulikanschlüssen des Servomotors und
den relativen Winkellagen der Steuerteile der Drehschieberan
ordnung zueinander durchgeführt werden. Ebenso kann eine Zu
ordnung zwischen den relativen Winkellagen der Steuerteile
der Drehschieberanordnung und der Ventildurchflußmenge und
somit der Verstellgeschwindigkeit des Servomotors und der ge
lenkten Räder durchgeführt werden. Zusätzlich können dann
auch Mittel zur Bestimmung der aktuellen Viskosität des Hy
draulikmediums vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Ventil
durchflußmenge genauer bestimmt werden kann. Die Bestimmung
der Hydraulikmittelviskosität ist z. B. mittels Temperaturmes
sung durchführbar. Mit Hilfe derartiger Zuordnungen, die je
weils eine Kennlinie des Servoventils bilden, ist es möglich,
toleranzbedingte Abweichungen der hydraulischen Symmetrie des
Servoventils elektronisch durch eine entsprechende Eichung
der Zuordnung aus- bzw. abzugleichen. Die Servolenkung wird
dadurch unabhängig von Fertigungstoleranzen und kann daher in
beiden Lenkrichtungen eine genaue Regelung des Servomotors
und somit eine exakte Spurhaltung des Fahrzeuges gewährlei
sten.
Insbesondere ist es möglich, die Regel- und Steueranordnung
derart auszugestalten, daß die genannte Zuordnung zwischen
der relativen Winkellage der Steuerteile der Drehschieberan
ordnung und dem Differenzdruck zwischen den Hydraulikan
schlüssen des Servomotors ständig aktualisiert wird. Dadurch
können zum einen Abnutzungserscheinungen des Hydrauliksystems
ständig ausgeglichen werden. Zum anderen kann insbesondere
eine Diagnose des Hydrauliksystems hinsichtlich dessen Funk
tionssicherheit durchgeführt werden, beispielsweise indem
ständig ein Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten durchge
führt wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen
Servolenkung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den
Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung an
hand der Zeichnungen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je
weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi
nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be
schreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 ein Schnittbild einer ersten Ausführungsform, bei der
ein elektrischer Stellmotor vorgesehen ist, und
Fig. 2 ein entsprechendes Schnittbild einer abgewandelten
Ausführungsform, bei der die Steuerteile des Servo
ventiles durch ein hydraulisches Stellaggregat rela
tiv zueinander verstellbar sind.
Gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein nach Art einer Dreh
schieberanordnung ausgebildetes, weitestgehend herkömmliches
Servoventil 2 angeordnet, welches im wesentlichen aus einem
Drehschieberteil 2' sowie einer dazu gleichachsigen Drehschie
berbuchse 2" besteht, die gehäusefest angeordnet ist. Dieses
Servoventil 2 besitzt einen Druckanschluß 3, der mit der
Druckseite einer saugseitig mit einem Hydraulikreservoir 4
verbundenen Servopumpe 5 verbunden ist. Des weiteren besitzt
das Servoventil 2 einen mit dem Reservoir 4 kommunizierenden
Niederdruckanschluß 6 sowie zwei Motoranschlüsse 7 und 8, die
mit jeweils einer Seite eines als Servomotor 9 vorgesehenen
doppelt wirkendem Kolben-Zylinder-Aggregates verbunden sind.
Das Servoventil 2 besitzt eine sog. offene Mitte, d. h. alle
Anschlüsse 3 und 6 bis 8 kommunizieren miteinander, wenn die
Steuerteile des Servoventils 2, d. h. das Drehschieberteil 2'
und die Drehschieberbuchse 2", relativ zueinander eine Nor
mal- oder Mittellage einnehmen. Werden das Drehschieberteil 2'
und die Drehschieberbuchse 2" relativ zueinander in der einen
oder anderen Richtung gegenüber der Mittelstellung verdreht,
wird bei arbeitender Servopumpe 5 zwischen den Motoranschlüs
sen 7 und 8 eine mehr oder weniger große, steuerbare Druck
differenz in der einen oder anderen Richtung erzeugt, mit der
Folge, daß der Servomotor 9 seinerseits eine entsprechend
große Stellkraft in der einen oder anderen Richtung erzeugt.
Drehschieberteil 2' und Drehschieberbuchse 2" sind durch ein
Federelement, hier durch einen in einer Axialbohrung dieser
Teile angeordneten Drehstab 10 miteinander verbunden. Dabei
sucht das Federelement bzw. der Drehstab 10 die beiden Teile
2' und 2" in ihrer Mittelstellung relativ zueinander zu hal
ten.
Auf dem in Fig. 1 linken Ende des Drehschieberteiles 2' ist
der Rotor eines im Gehäuse 1 angeordneten Elektromotors 11
angeordnet, welcher bei Bestromung das Drehschieberteil 2' ge
gen die Kraft des Drehstabes 10 in der einen oder anderen
Richtung relativ zur Drehschieberbuchse 2" zu drehen vermag.
Auf dem entsprechend Fig. 1 linken Ende des Gehäuses 1 ist
außerdem ein Winkelsensor 26 angebracht, der einerseits dreh
fest mit dem Gehäuse 1 und somit indirekt auch drehfest mit
der Drehschieberbuchse 2" gekoppelt ist, da diese ihrerseits
drehfest am Gehäuse 1 befestigt ist. Andererseits ist der
Winkelsensor 26 drehfest mit dem Drehstab 10 und somit indi
rekt auch drehfest mit dem Drehschieberteil 2' gekoppelt, da
dieses seinerseits drehfest am Drehstab 10 befestigt ist. Auf
diese Weise kann der Winkelsensor 26 die relative Lage zwi
schen dem Drehschieberteil 2' und der Drehschieberbuchse 2"
detektieren und diese bzw. einen damit korrelierenden Signal
wert über eine entsprechende Signalleitung einer Regel- und
Steueranordnung bzw. Regelschaltung 16 zuleiten. Diese Regel
schaltung 16 enthält bzw. umfaßt dabei einen Regler für das
Servoventil 2, der die vorgegebenen Differenzwinkel zwischen
den Steuerteilen 2' und 2" mit hoher Genauigkeit einregelt,
einen Regler für das Lenksystem der den Kolbenweg bzw. den
Radwinkel entsprechend dem jeweiligen Sollwert einregelt, und
einen Regler für das Fahrzeug, der zum Beispiel die Druckdif
ferenz zwischen den Anschlüssen 7 und 8 des Servomotors 9
rechnerisch ermitteln kann, so daß diesbezügliche Druckmes
sensoren überprüfbar oder überflüssig sind. Die Regler sind
vorzugsweise als elektronische Regler, insbesondere in Form
eines Rechners ausgebildet.
Außerdem sind den hydraulischen Anschlüssen 7 und 8 des Ser
vomotors 9 jeweils ein Druckmeßsensor 27 und 28 zugeordnet,
die mit jeweils einem der Hydraulikanschlüsse 7 und 8 kommu
nizieren und den darin bzw. den in den korrespondierenden
Kammern des Servomotors 9 herrschenden Druck messen. Die Me
ßergebnisse, bzw. mit den in den Motoranschlüssen 7 und 8
herrschenden Drücken korrelierende Signalwerte, werden über
entsprechende Signalleitungen 12 und 13 der Regelschaltung 16
zugeleitet.
Die Anordnung der Fig. 1 arbeitet wie folgt:
Mittels eines vom Fahrer des jeweiligen Fahrzeuges betätigten Lenkhandrades 14 wird ein Sollwertgeber 15 betätigt, dessen Signale jeweils einen Sollwert für den einzustellenden Lenk winkel der vom Servomotor 9 betätigten Fahrzeuglenkräder 30 vorgeben und einem Eingang der Regelschaltung 16 zugeführt werden. Die Regelschaltung 16 vergleicht den Sollwert mit dem jeweiligen Istwert, welcher mittels eines Istwertgebers 17 erfaßt wird, der mit einem mit den Fahrzeuglenkrädern 30 zwangsgekoppelten Lenkgetriebeteil oder - wie dargestellt - mit der Kolbenstange des Servomotors 9 zusammenwirkt. Ent sprechend dem Ergebnis des Soll-Istwert-Vergleiches steuert die Regelschaltung 16 den Elektromotor 11 an, so daß sich dieser in der einen oder anderen Richtung dreht und das Ser voventil 2 in der einen oder anderen Richtung mehr oder weni ger weit verstellt. Damit wird zwischen den Motoranschlüssen 7 und 8 eine entsprechend große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung erzeugt, und der Servomotor 9 wird mit mehr oder weniger großer Kraft in der einen oder anderen Richtung angetrieben, so daß sich die Lenkräder 30 verstel len.
Mittels eines vom Fahrer des jeweiligen Fahrzeuges betätigten Lenkhandrades 14 wird ein Sollwertgeber 15 betätigt, dessen Signale jeweils einen Sollwert für den einzustellenden Lenk winkel der vom Servomotor 9 betätigten Fahrzeuglenkräder 30 vorgeben und einem Eingang der Regelschaltung 16 zugeführt werden. Die Regelschaltung 16 vergleicht den Sollwert mit dem jeweiligen Istwert, welcher mittels eines Istwertgebers 17 erfaßt wird, der mit einem mit den Fahrzeuglenkrädern 30 zwangsgekoppelten Lenkgetriebeteil oder - wie dargestellt - mit der Kolbenstange des Servomotors 9 zusammenwirkt. Ent sprechend dem Ergebnis des Soll-Istwert-Vergleiches steuert die Regelschaltung 16 den Elektromotor 11 an, so daß sich dieser in der einen oder anderen Richtung dreht und das Ser voventil 2 in der einen oder anderen Richtung mehr oder weni ger weit verstellt. Damit wird zwischen den Motoranschlüssen 7 und 8 eine entsprechend große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung erzeugt, und der Servomotor 9 wird mit mehr oder weniger großer Kraft in der einen oder anderen Richtung angetrieben, so daß sich die Lenkräder 30 verstel len.
Das Maß der Drehung des Elektromotors 11 und somit der Stell
weg des Servoventils 2, dessen Steuerteile 2' und 2" durch den
Elektromotor 11 relativ zueinander drehverstellt werden, wird
von dem Winkelsensor 26 erfaßt und der Regelschaltung 16 mit
geteilt. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Regelschaltung
16 zu Beginn des Stellvorganges den für die gewünschte Lenk
winkeleinstellung bzw. Lenkwinkeländerung geeigneten Stellweg
für das Servoventil 2 ermittelt und diesen, über den Winkel
sensor 26 kontrolliert, mit dem Elektromotor 11 am Servoven
til 2 einstellt. Durch die Vorgabe des für die jeweilige
Lenkwinkelveränderung geeigneten Stellweges am Servoventil 2
kann der Regelaufwand im Rahmen des Soll-Istwert-Vergleiches
reduziert werden, so daß rasch und mit wenig Ventilverstel
lungen das Regelziel, d. h. der gewünschte Lenkwinkel-Istwert
erreicht werden kann.
Für das Prinzip der Regelung spielt es dabei keine Rolle, ob
über das Servoventil 2 ein bestimmter Differenzdruck an den
Motoranschlüssen 7 und 8 eingestellt werden soll, der sich
aus einer Winkellage zwischen den Steuerteilen 2' und 2" des
Servoventils 2 ergibt, oder ob am Servoventil 2 eine bestimm
te Winkellage zwischen dessen Steuerteilen 2' und 2" einge
stellt werden soll, was dann eine entsprechende Druckdiffe
renz zwischen den Motoranschlüssen 7 und 8 zur Folge hat. Mit
anderen Worten, für die Regelung ist es unbeachtlich, ob die
Winkellage (der ein Differenzdruck zugeordnet ist) oder ob
der Differenzdruck (dem eine Winkellage zugeordnet ist) die
Führungsgröße der Regelung bildet. Jedenfalls ist es mit Hil
fe der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, den relativen
Winkellagen zwischen dem Drehschieberteil 2' und der Dreh
schieberbuchse 2" jeweils eine definierte Druckdifferenz zwi
schen den Motoranschlüssen 7 und 8 zuzuordnen und umgekehrt.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die Regelschaltung 16 im Lau
fe der Betätigung des Servoventils 2 sämtlichen Relativlagen
zwischen den Steuerteilen 2' und 2" jeweils eine zugehörige
Druckdifferenz zwischen den Motoranschlüssen 7 und 8 zuordnet
und somit eine Art Kennlinie des Servoventils 2 ausmißt und
diese in einem entsprechenden Speicher ablegt. Um dann eine
bestimmte Druckdifferenz, d. h. eine bestimmte Stellkraft am
Servomotor 9 einzustellen, kann der zugehörige relative Win
kel zwischen den Steuerteilen 2' und 2" des Servoventils 2 aus
den gespeicherten Kennlinien, insbesondere auch durch Inter
polation od. dgl., ermittelt werden. Dadurch läßt sich rasch
und mit wenig Regelaufwand die gewünschte Druckdifferenz
durch eine gezielte Ansteuerung des Elektromotors 11 einstel
len.
Ein besonders wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Anord
nung ist darin zu sehen, daß durch die Aufnahme der Kennlinie
des Servoventils 2, wobei die relative Winkellage zwischen
den Steuerteilen 2' und 2" des Servoventils 2 auch in Abhän
gigkeit eines anderen Parameters der Servolenkung aufgenommen
werden kann, ein durch Fertigungstoleranzen bedingtes unsym
metrisches Verhalten des Servoventils 2 durch eine entspre
chende Eichung der gemessenen Kennlinie eliminiert werden
kann.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Lenkung
ist darin zu sehen, daß zusätzliche Parameter, nämlich z. B.
Winkellage und Differenzdruck, dem Lenksystem zur Verfügung
stehen. Diese Parameter ermöglichen eine zusätzliche Überwa
chung des Lenksystems auf dessen Funktions- und Betriebssi
cherheit.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsform unter anderem dadurch,
daß der Elektromotor 11 fehlt und innerhalb des Gehäuses 1
ein Ringraum 18 angeordnet ist, dessen Innenumfangswand durch
einen zylindrischen Axialabschnitt des Drehschieberteiles 2'
und dessen Außenumfangswand durch die Innenwand des Gehäuses
1 gebildet wird. Dieser Ringraum 18 ist mittels eines axial
verschiebbaren Ringkolbens 19 in zwei Ringkammern unterteilt.
Der Ringkolben 19 besitzt einen zylindrischen Fortsatz 20,
welcher sowohl außen- als auch innenseitig mit schräg zuein
ander ausgerichteten Nuten bzw. Stegen versehen ist. Diese
Nuten bzw. Stege greifen in gegengleiche Nuten und Stege ein,
die einerseits an einem Axialabschnitt des Außenumfanges des
Drehschieberteiles 2' und andererseits an einem Innenumfangs
abschnitt der Drehschieberbuchse 2" oder des zur Drehschie
berbuchse 2" stationären Gehäuses 1 angeordnet sind. Da die
Stege bzw. Nuten auf der Außenseite des Fortsatzes 20 schräg
zu den Nuten bzw. Stegen auf der Innenseite des Fortsatzes 20
verlaufen, führen der Fortsatz 20 sowie der Ringkolben 19
zwangsläufig einen Axialhub aus, sobald das Drehschieberteil
2' und die Drehschieberhülse 2" relativ zueinander verdreht
werden. In entsprechender Weise werden die Steuerteile 2' und
2" zwangsläufig relativ zueinander in der einen oder anderen
Richtung verdreht, wenn der Ringkolben 19 in der einen oder
anderen Richtung axial verschoben wird.
Die vom Ringkolben 19 im Ringraum 18 voneinander abgeteilten
Ringkammern sind über Leitungen 21 und 22 sowie ein Steuer
ventil 24 mit einer Pumpe 25 sowie dem Hydraulikreservoir 4
verbindbar, so daß bei entsprechend betätigtem Steuerventil
24 zwischen den beiden Ringkammern im Ringraum 18 eine mehr
oder weniger große Druckdifferenz in der einen oder anderen
Richtung herstellbar ist. Damit läßt sich dann der Ringkolben
19 in der einen oder anderen Axialrichtung verschieben, mit
der Folge, daß das Servoventil 2 verstellt und zwischen den
Motoranschlüssen 7 und 8 des Servomotors 9 eine Druckdiffe
renz hergestellt wird. Auf diese Weise kann dann der Servomo
tor 9 einen Stellhub ausführen, durch den die Fahrzeuglenkung
verstellt wird.
Auch bei der Ausführungsform entsprechend Fig. 2 ist auf der
linken Seite des Gehäuses 1 wiederum ein Winkelsensor 26 an
geordnet. In diesem Fall ist der Winkelsensor einerseits wie
der indirekt über das Gehäuse 1 mit der Drehschieberbuchse 2"
des Servoventils 2 drehfest gekoppelt. Andererseits ist der
Winkelsensor 26 in dieser Ausführungsform direkt mit dem
Drehschieberteil 2' des Servoventils 2 drehfest gekoppelt.
Außerdem ist zwischen den Hydraulikanschlüssen 7 und 8 des
Servomotors 9 ein Differenzdrucksensor 29 angeordnet, der mit
beiden Motoranschlüssen 7 und 8 kommuniziert, um den zwischen
diesen Anschlüssen 7 und 8 herrschenden Differenzdruck zu
messen und diesen bzw. einem damit korrelierten Signalwert
über eine entsprechende Signalleitung 23 der Regelschaltung
16 zuzuleiten.
Darüber hinaus sind die Druckseiten der Pumpen 5 und 25 über
entsprechende Hydraulikleitungen und ein schaltbares Sperr
ventil 31 miteinander verbunden, wobei außerdem zusätzliche
Rückschlagventile 32 vor den Pumpen 5 und 25 angeordnet sein
können.
Die Anordnung der Fig. 2 arbeitet wie folgt:
Durch den mittels des Lenkhandrades 14 betätigten Sollwertge ber 15 wird wiederum ein Sollwert für den einzustellenden Lenkwinkel der Fahrzeuglenkräder 30 vorgegeben. Die Regel schaltung 16 vergleicht wiederum diesen Sollwert mit dem vom Istwertgeber 17 gemeldeten Istwert und betätigt beim Auftre ten einer Soll-Istwert-Abweichung das Ventil 24. Je nach Richtungssinn der Soll-Istwert-Abweichung wird dann das Steu erventil 24 in der einen oder anderen Richtung verschoben, mit der Folge, daß sich der Ringkolben 19 in der einen oder anderen Richtung verschiebt, wodurch dann an den Motoran schlüssen 7 und 8 des Servomotors 9 eine mehr oder wenige große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung ein gestellt wird und der Servomotor 9 einen Stellhub zum Aus gleich der Soll-Istwert-Abweichung ausführt, d. h. die Fahr zeuglenkräder 30 werden entsprechend dem jeweiligen Sollwert eingestellt. Auch hier kann die Betätigung des Hydraulikmo tors 18, 19 und damit der Stellweg des Servoventils 2 mittels dem Winkelsensor 26 kontrolliert werden, so daß über eine do sierte Betätigung des hydraulischen Stellmotors 18, 19 ein vorbestimmter Stellweg bzw. -winkel am Servoventil 2 ein stellbar ist, was zu einer genaueren Lenkwinkeleinstellung führt.
Durch den mittels des Lenkhandrades 14 betätigten Sollwertge ber 15 wird wiederum ein Sollwert für den einzustellenden Lenkwinkel der Fahrzeuglenkräder 30 vorgegeben. Die Regel schaltung 16 vergleicht wiederum diesen Sollwert mit dem vom Istwertgeber 17 gemeldeten Istwert und betätigt beim Auftre ten einer Soll-Istwert-Abweichung das Ventil 24. Je nach Richtungssinn der Soll-Istwert-Abweichung wird dann das Steu erventil 24 in der einen oder anderen Richtung verschoben, mit der Folge, daß sich der Ringkolben 19 in der einen oder anderen Richtung verschiebt, wodurch dann an den Motoran schlüssen 7 und 8 des Servomotors 9 eine mehr oder wenige große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung ein gestellt wird und der Servomotor 9 einen Stellhub zum Aus gleich der Soll-Istwert-Abweichung ausführt, d. h. die Fahr zeuglenkräder 30 werden entsprechend dem jeweiligen Sollwert eingestellt. Auch hier kann die Betätigung des Hydraulikmo tors 18, 19 und damit der Stellweg des Servoventils 2 mittels dem Winkelsensor 26 kontrolliert werden, so daß über eine do sierte Betätigung des hydraulischen Stellmotors 18, 19 ein vorbestimmter Stellweg bzw. -winkel am Servoventil 2 ein stellbar ist, was zu einer genaueren Lenkwinkeleinstellung führt.
Es ist auch möglich und vorteilhaft, den Elektromotor 11 so
wie den Hydraulikmotor 18, 19 in Kombination anzuordnen, um
das Servoventil 2 mit zwei voneinander unabhängigen Aggrega
ten steuern zu können. Dabei kann gegebenenfalls der Elektro
motor 11 analog zu den Sollwerten des Sollwertgebers 15 ver
stellt werden, während der Hydraulikmotor 18, 19 von einer au
tonomen Steuerung betätigt wird, die andere Parameter, z. B.
Seitenwindeinflüsse, mit gesonderten Sensoren erfaßt und
durch Lenkeingriffe ausregelt.
Der Elektromotor 11 kann auch als sogenannter Drehmagnet aus
gebildet sein.
Für den Fall, daß wie im dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei separate Pumpen 5 und 25 zur Versorgung einerseits des
Servomotors 9 und andererseits des Hydraulikmotors 18, 19 mit
Hydraulikdruck vorgesehen sind, ist es mit Hilfe des Sperr
ventiles 31 und der Verbindung der Druckseiten beider Pumpen
5 und 25 möglich, in einem Notfallbetrieb, wenn eine der bei
den Pumpen 5 oder 25 ausgefallen ist, sowohl den Hydraulikmo
tor 18, 19 als auch den Servomotor 9 mit nur einer der beiden
Pumpen 5 oder 25 zu betreiben. Auf diese Weise wird ein red
undantes System geschaffen, das eine erhöhte Ausfallsicher
heit aufweist.
Claims (7)
1. Für einen Steer-by-wire-Betrieb geeignete hydraulische
Servolenkung für Kraftfahrzeuge,
mit einer Lenkhandhabe (14), z. B. einem Lenkhandrad, die zum Lenken von einem Fahrzeugfahrer betätigt ist,
mit einem hydraulischen Servomotor (9), der zum Lenken lenk bare Fahrzeugräder (30) betätigt,
mit einem Servoventil (2), das zum Lenken den Servomotor (9) betätigt und das als Drehschieberanordnung ausgebildet ist, dessen zueinander drehbewegliche Steuerteile (2', 2") miteinan der durch eine Federung (10), z. B. durch einen Drehstab, in eine Normallage relativ zueinander gedrängt werden,
mit einem Stellmotor (11; 18, 19), der mit den Steuerteilen (2', 2") des Servoventils (9) zu deren Drehverstellung relativ zueinander direkt oder indirekt gekoppelt ist und der zum Lenken das Servoventil (2) betätigt,
mit einem Lenkwinkel-Sollwertgeber (15), der mit der Lenk handhabe (14) betätigt ist,
mit einem Lenkwinkel-Istwertgeber (17), der mit den lenkbaren Fahrzeugrädern (30) betätigt ist, und
mit einer Regel- und Steueranordnung (16), die zum Lenken in Abhängigkeit eines Vergleiches der Soll- und Istlenkwinkel den Stellmotor (11; 18, 19) betätigt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Winkelsensor (26) vorgesehen ist, der direkt oder in direkt mit den Steuerteilen (2', 2") des Servoventils (2) ge koppelt ist und deren Winkellage relativ zueinander detek tiert, wobei die Regel- und Steueranordnung (16) beim Betäti gen des Stellmotors (11; 18, 19) diese relative Winkellage be rücksichtigt.
mit einer Lenkhandhabe (14), z. B. einem Lenkhandrad, die zum Lenken von einem Fahrzeugfahrer betätigt ist,
mit einem hydraulischen Servomotor (9), der zum Lenken lenk bare Fahrzeugräder (30) betätigt,
mit einem Servoventil (2), das zum Lenken den Servomotor (9) betätigt und das als Drehschieberanordnung ausgebildet ist, dessen zueinander drehbewegliche Steuerteile (2', 2") miteinan der durch eine Federung (10), z. B. durch einen Drehstab, in eine Normallage relativ zueinander gedrängt werden,
mit einem Stellmotor (11; 18, 19), der mit den Steuerteilen (2', 2") des Servoventils (9) zu deren Drehverstellung relativ zueinander direkt oder indirekt gekoppelt ist und der zum Lenken das Servoventil (2) betätigt,
mit einem Lenkwinkel-Sollwertgeber (15), der mit der Lenk handhabe (14) betätigt ist,
mit einem Lenkwinkel-Istwertgeber (17), der mit den lenkbaren Fahrzeugrädern (30) betätigt ist, und
mit einer Regel- und Steueranordnung (16), die zum Lenken in Abhängigkeit eines Vergleiches der Soll- und Istlenkwinkel den Stellmotor (11; 18, 19) betätigt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Winkelsensor (26) vorgesehen ist, der direkt oder in direkt mit den Steuerteilen (2', 2") des Servoventils (2) ge koppelt ist und deren Winkellage relativ zueinander detek tiert, wobei die Regel- und Steueranordnung (16) beim Betäti gen des Stellmotors (11; 18, 19) diese relative Winkellage be rücksichtigt.
2. Servolenkung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Druckmeßmittel (27, 28; 29) vorgesehen sind, die zum Be
stimmen eines Differenzdruckes zwischen zwei Hydraulikan
schlüssen (7, 8) des hydraulischen Servomotors (9) dienen, wo
bei die Hydraulikanschlüsse (7, 8) durch das Servoventil (2)
zur Betätigung des Servomotors (9) mit Hydraulikdruck beauf
schlagt sind.
3. Servolenkung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regel- und Steueranordnung (16) eine Zuordnung zwi
schen der relativen Winkellage der Steuerteile (2', 2") der
Drehschieberanordnung (2) und dem Differenzdruck der Hydrau
likanschlüsse (7, 8) des Servomotors (9) und/oder der Stellge
schwindigkeit des Servomotors (9) oder der gelenkten Fahr
zeugräder (30) durchführt und beim Betätigen des Stellmotors
(11; 18, 19) diesen Differenzdruck bzw. diese Stellgeschwindig
keit berücksichtigt.
4. Servolenkung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regel- und Steueranordnung (16) die Zuordnung ständig
aktualisiert.
5. Servolenkung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regel- und Steueranordnung (16) die Zuordnung zur
Diagnose der Servolenkung verwendet.
6. Servolenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmeßmittel einen Differenzdrucksensor (29) auf
weisen, der mit beiden Hydraulikanschlüssen (7, 8) kommuni
ziert.
7. Servolenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmeßmittel zwei Druckmeßsensoren (27, 28) aufwei
sen, die jeweils mit einem der Hydraulikanschlüsse (7, 8) kom
munizieren.
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