WO2014029555A1 - Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs - Google Patents

Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs Download PDF

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WO2014029555A1
WO2014029555A1 PCT/EP2013/064587 EP2013064587W WO2014029555A1 WO 2014029555 A1 WO2014029555 A1 WO 2014029555A1 EP 2013064587 W EP2013064587 W EP 2013064587W WO 2014029555 A1 WO2014029555 A1 WO 2014029555A1
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WO
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wheels
trailing axle
vehicle
straight
axle
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/064587
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Braun
Kai Eckmann
Stefan Häussler
Markus Rief
Michael Hägele
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/142—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering specially adapted for particular vehicles, e.g. tractors, carts, earth-moving vehicles, trucks
    • B62D7/144—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering specially adapted for particular vehicles, e.g. tractors, carts, earth-moving vehicles, trucks for vehicles with more than two axles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/148—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering provided with safety devices

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of the steering systems and more particularly to a steering system for a trailing axle of a vehicle and a corresponding method for steering a vehicle.
  • the NLA can thereby be forcibly steered or adhesion-controlled, ie steered by the return movement of the wheels themselves.
  • This additional NLA steering allows for smaller curve radii, resulting in greater maneuverability.
  • the slip angle is reduced to the tire, causing the Tire wear of the vehicle is reduced.
  • NLA active steering of the NLA is desired only at low speeds. At higher vehicle speeds, no steering of the NLA is desired, as this negatively affects stable driving.
  • the NLA must be fixed at a certain vehicle-dependent speed, so as not to cause an unstable driving condition.
  • the state of the art is that the NLA is articulated via a hydraulic cylinder.
  • the oil is pumped into one or the other cylinder chamber via a pump that is driven by the internal combustion engine, depending on how the valves are switched.
  • German patent application DE 103 51 482 AI shows a steering system in which a hydraulic hinged vehicle rear axle is held with an additional locking device in the current position or hinged back to a center position and then arrested adhesion-controlled.
  • this requires more components and is therefore expensive;
  • a lot of space is needed.
  • the pump is also firmly flanged to the engine so that it is always operated. Therefore, especially in the straight-ahead driving, in which the vehicle is a long time, the hydraulic pump would be constantly driven, although this is not required. In this operating condition, the hydraulics generate losses that are not countered by added value. This is the demand for a lower fuel consumption of the vehicle opposite.
  • German patent application DE 10 2006 008 436 AI shows a mechanically coupled multi-axle steering system, in which only a steering force is applied to the additional steering axle, if this is active - ie when steering lock - is needed.
  • this system can only be implemented with great effort for a rear-axle steering, which is to be locked in straight ahead driving from a certain speed range.
  • German patent DE 4414161 Cl a multi-axle steering system is described, in which a master cylinder is controlled. Depending on the position of the master cylinder on the front axle, the slave cylinder reacts on the rear axle.
  • a disadvantage of this system is the direct dependence on the respective position of the master cylinder. Thus, there is no possibility of a speed-dependent influence on the rear axle with this system.
  • the object of the present invention is to provide an improved steering system for a trailing axle of a vehicle, which as far as possible takes into account its current driving condition, which works energy-efficiently and reliably, and which is simple and inexpensive to implement.
  • a trailing axle is to be understood in the following to mean any axle which follows the deflection of a steered axle and which can be arranged behind or ahead of a rigid rear or front axle, ie also as a leading axle.
  • a steering system for at least one trailing axle of a vehicle, comprising: a steering angle sensor for detecting a steering angle of wheels of a front axle of the vehicle; a vehicle speed sensor for detecting a vehicle speed; an electric motor for driving a hydraulic pump, which is in turn connected to at least one working cylinder for articulating the wheels of the trailing axle; a control unit, which on the one hand communicates with or communicates with the steering angle sensor and the vehicle speed sensor, and on the other hand with the electric motor, and is adapted to determine from the steering angle and the vehicle speed a caster angle of wheels on the trailing axle of the vehicle, and to switch the engine based on this caster angle, the cylinder having a position sensor for detecting a center position of the piston thereof in which the caster wheels are in a straight-ahead position, and a pulse valve from a working position in response to the detected center position of the piston.
  • an electro-hydraulic steering system for a trailing axle available, in which the steering wheel is not mechanically connected to the axis to be steered, ie its articulation of the trailing axle can take place independently of the front axle.
  • this steering system is decoupled from the internal combustion engine, so that a needs-based control is guaranteed. Due to the few components at the same time minimizes the error rate of the steering system and also given a high spatial flexibility in their installation.
  • the use of a pulse valve only a single control line is necessary to effect switching between its positions. Because the reversal of a pulse valve takes place by a pulse such as an electrical signal. The valve then remains in the switched position for so long, until a new impulse reverses the valve again.
  • the generation of the pulse requires only a very small amount of energy, and both valve positions can be maintained without additional energy.
  • an active steering is thus possible depending on the steering angle of the wheels of the front axle and the driving speed of the vehicle.
  • the wheels of the trailing axle are at any time automatically, ie adhäsungsgetrieben from each deflection angle in their straight-ahead driving position and there also reliably blocked even without a complex electronics and / or hydraulics would be necessary even with a complete failure of the pump.
  • the hydraulic fluid is discharged from one cylinder chamber of the working cylinder, while in the other cylinder chamber - without pump insert - liquid is sucked.
  • the control unit of the steering system can be designed to switch the pulse valve in its normal position when a predeterminable driving speed is exceeded, and to switch the pulse valve into its working position when the predefined driving speed is undershot. In straight ahead at high speed, ie above the predetermined speed, so that the trailing axle is reliably durable and their control at low speed, ie below the predetermined speed, still possible, which increases the flexibility, safety and reliability of the steering system.
  • the control unit of the steering system can also be designed to detect malfunctions, and, in the presence of a fault and in straight-ahead driving position of the wheels of the trailing axle to switch the pulse valve in its normal position. In the event of malfunctions that do not affect the position sensor and the triggering capability of the pulse valve, the steering system can thus be brought into a safe state at any speed. If the pulse valve is e.g. is at a trouble-free working pump, deflected wheels of the trailing axle and low speed in its working position, a fluid flow between the pump and cylinder is released, and the piston is movable via the pump.
  • the piston is moved under adhesion-driven displacement of hydraulic fluid in the direction of its center position, in which the wheels of the trailing axle are in the straight-ahead driving position.
  • the reaching of this center position is detected by the position sensor and subsequently a pulse is triggered by the control unit, which switches the pulse valve in its normal position, which interrupts any further exchange of hydraulic fluid to the working cylinder.
  • This basic position of the impulse valve is also maintained if the vehicle should accelerate despite the failure of the pump in the sequence and should record a high driving speed.
  • the control unit of the steering system can moreover be designed to activate the electric motor when a predeterminable driving speed is exceeded, so that the wheels of the trailing axle are brought into straight-ahead driving position, and after reaching the straight-ahead driving position, to switch the impulse valve to keep the trailing axle.
  • the control unit of the steering system can further be designed to switch the electric motor de-energized when a predeterminable travel speed and a straight-ahead position of the wheels of the trailing axle is exceeded and to bring the pulse valve into its basic position.
  • the Trailing axle is thus held in its center position, so that the wheels are in straight-ahead driving position. With an electric motor switched off in this position and the impulse valve in its basic position, the steering system no longer requires any further power consumption, which makes it extremely energy-efficient to operate.
  • the at least one working cylinder can be designed as a single-acting cylinder whose hydraulic line to the pump requires only one control valve.
  • the at least one working cylinder can also be designed as a double-acting cylinder or as a double-acting combination of two individual cylinders, which results in an improved power transmission, and at the same time a spatially flexible shoring is possible.
  • a respective control valve is used to allow or to prevent an exchange of hydraulic fluid at each cylinder space.
  • the volume compensation of different cylinder chambers of the at least one cylinder is preferably carried out via a combination of a 2-pressure valve and a fluid tank.
  • a hydraulic fluid can be sucked in and conveyed, in order to effect a corresponding fluid compensation.
  • the hydraulic fluid can be sucked in via the intake valves or the hydraulic fluid can be pumped back into the tank.
  • two cylinders are used with identical volumes of the cylinder chambers, which does not necessarily a fluid tank is needed.
  • the pump is designed as a reversibly operable pump or as a combination of a one-way operable pump with a valve block.
  • a reversibly operable pump makes the least demands on the space requirements of the steering system, while a one-way operable pump requires a simpler electric drive.
  • the valve can in principle be electromagnetically and / or hydraulically actuated in order to ensure high reliability.
  • the above object is also achieved by a method for steering wheels of at least one trailing axle of a vehicle, in which a driving speed and a steering angle of wheels of a front axle of the vehicle are detected and from a caster angle of the wheels of the trailing axle is determined, the wheels of the trailing axle be articulated via a working cylinder having a position sensor which detects a center position of the piston in which the wheels of the trailing axle are in a straight-ahead position, and in response to this center position of the piston, a pulse valve from a working position in which a fluid flow between the working cylinder and the pump is released, is switched to a basic position in which a fluid flow between the working cylinder and the pump is prevented, so that the piston is hydraulically blocked in the straight-ahead position of the wheels of the trailing axle ,
  • the position sensor can not only necessarily detect a center position, but each position of the piston, and it can be provided a controller that is in communication with the position sensor or can connect to this.
  • the control unit can be designed so that it causes a straight-ahead of the wheels of the trailing axle, for example by activating the pump when exceeding a predetermined speed, and by switching the pulse valve and thus blocking the trailing axle when the piston of the working cylinder in its center position is, in which the straight-ahead position of the wheels of the trailing axle is reached.
  • the center position of the piston does not necessarily have to correspond to its center position in the working cylinder.
  • This initially provides an electro-hydraulically decoupled steering method for a trailing axle, in which the trailing axle can be articulated independently of the front axle.
  • each articulated to the current driving situation articulation of the trailing axle is possible, which also opens energy saving potential and guarantees high reliability.
  • a simple and reliable automatic, ie adhesion-controlled return of the wheels of a trailing axle in their straight-ahead position is possible, ie even if there is a fault in the pump or motor.
  • the method may provide that when a predeterminable driving speed is exceeded, the pulse valve is switched to its basic position, and the pulse valve is switched to its working position when it falls below the predefinable driving speed.
  • the trailing axle is reliably durable in straight ahead at high speed, ie above the predetermined speed and their control at low speed, ie below the predetermined speed still possible, which increases the safety and reliability of the steering system.
  • a reliable, adhesion-driven return of the wheels of a trailing axle from any deflected position and their safe holding in a straight-ahead driving position without any energy expenditure is possible.
  • the method may also provide that when a fault is detected and the trailing axle wheels are in the straight-ahead position, the pulse valve is switched to its home position. If there is a fault that does not affect the position sensor and the driving capability of the pulse valve, the steering system can thus be transferred to a safe state at high as well as at low speed.
  • the method may also provide that, when a predeterminable travel speed is exceeded, the electric motor is activated, so that the wheels of the trailing axle are brought into the straight-ahead driving position and held there by the switching of the pulse valve.
  • a more stable driving state can be realized when the vehicle is traveling at a higher speed than the predetermined speed.
  • the method can also provide that when a specifiable vehicle speed is exceeded, and the straight-ahead position of the wheels of the trailing axle is reached, the electric motor is de-energized and the pulse valve is brought into its normal position.
  • the energy efficiency of a corresponding steering system increases because at high speeds, neither the adhesion-driven return of the wheels of the trailing axle, nor their blockade in the straight-ahead driving position, nor the electric motor require an energy supply.
  • the steering system according to the invention should preferably be used in a motor vehicle, in particular in a commercial vehicle.
  • Fig. 1 is a functional diagram of a vehicle with an inventive
  • FIG 2 is the functional diagram of the steering system according to the invention of Figure 1.
  • a steering angle sensor Sa is provided for detecting a steering angle ⁇ of wheels Rv of a front axle Av
  • a vehicle speed sensor Sv is provided for detecting a vehicle speed v.
  • Their signals are transmitted via a signal line Wl a control unit C, which is designed for driving an electric motor M and thus directly operated reversible hydraulic pump P.
  • the steering angle ⁇ can alternatively or additionally also picked up directly on the steering wheel and transmitted via a signal line W2 to the control unit C.
  • control unit C is connected via a signal line W3 to a position sensor Sp of a double-acting cylinder Z which can move the running wheels Rn of a trailing axle An of the vehicle F to a trailing angle ⁇ .
  • the steering system L is driven by the motor M only when active steering movement is required.
  • the exporting cylinder Z is here a double-acting cylinder, which can also be designed as a synchronous or differential cylinder.
  • a pulse valve I is arranged, which can be switched by an example electrical pulse between a closed basic position N and an open working position A back and forth.
  • the pulse valve I remains in the switched position until a renewed pulse reverses the pulse valve I again. Both valve positions N, A can be held without further energy consumption.
  • the hydraulic lines XI, X2 enter a connection with the pump P, and a position of the piston K and thus an articulation of the wheels Rn the trailing axle An is possible by means of the pump P.
  • the position sensor Sp constantly detects the position of the piston K. If this is the case Position of the piston K reached in straight ahead, which is also referred to here as the center position G of the piston K, so can eg the control unit C, the pulse valve I switch to the normal position N. By this switching, the hydraulic lines XI, X2 are now closed to the cylinder chambers of the working cylinder Z. The piston K can be held without further external energy.
  • the control unit C is connected via a signal line W4 with a valve control D of the pulse valve I in conjunction or can get in touch with this depending on the position of the piston K and thus the caster angle ß of the wheels Rn, and depending on a driving condition of the vehicle F , comprising, for example, steering angle, driving speed v, presence of an error case uA the pulse valve I to switch from its working position A to its normal position N, and vice versa.
  • a driving condition of the vehicle F comprising, for example, steering angle, driving speed v, presence of an error case uA the pulse valve I to switch from its working position A to its normal position N, and vice versa.
  • FIG. 2 shows the functional diagram of the steering system L of FIG. 1 on a larger scale. Drive at high speed
  • the electric motor M When driving at high speed, the electric motor M can remain switched off and the axis An remains hydraulically, since pulse valve I is in its normal position N, and the piston K is thus hydraulically blocked.
  • the electric motor M is driven by the controller C and the pulse valve I is in the working position A, i. It is a fluid flow between the pump P and cylinder Z possible.
  • the steering angle ⁇ of the wheels Rv of the front axle Av or the steering angle of the steering wheel is detected by measurement and transmitted via the signal line Wl or W2 to the control unit C. With these and other values, e.g. of the vehicle speed v, the target displacement of the wheels Rn on the trailing axle An is calculated.
  • the motor M which in turn is connected to the pump P, which conveys the oil through the hydraulic lines XI, X2 in the corresponding cylinder chamber is controlled by the control unit C, whereby a piston movement is triggered.
  • the control takes place via a corresponding control algorithm until the setpoint at the trailing axle An is reached.
  • the pulse valve I for example by means of an electro-magnetic valve control D connected to the holding the trailing axle An in the straight-ahead position of the wheels Rn as follows.
  • the pulse valve I initially remains in the working position A and the motor M is switched off. If the wheels Rn of the trailing axle are deflected to, the axle forces act on the wheels Rn according to the radius of curvature, which is also referred to as AdPSsionsienken. If the vehicle F is brought out of cornering in a straight ahead, try the Achsschreibstell concept to move the steering in the direction of straight ahead. This movement is made possible by the pulse valve I located in operating position A until the piston K reaches the central position G, then the pulse valve I is switched over.
  • a compensation of the hydraulic oil between the two cylinder chambers of the working cylinder Z can be done via the inactive pump P.
  • the control unit C gives a pulse to the pulse valve I, so that this switches and locks the hydraulic oil in the working cylinder Z, thus preventing a movement of the piston K. If the error also affects the position sensor Sp and / or the valve control D, the trailing axle is linked to adhesion.
  • other concrete technical embodiments of the steering system according to the invention are conceivable, which are in the knowledge and skill of the expert. It is important that the automatic mechanical return of the trailing axle is ensured in its center position in case of failure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (L) für wenigstens eine Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F), umfassend einen Lenkwinkelsensor (Sa) zum Delektieren eines Lenkwinkels (a) von Laufrädern (Rv) einer Vorderachse (Av) des Fahrzeugs; einen Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv) zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (F); einen elektrischen Motor (M) zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe (P), die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder (Z) zum An lenken der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) verbunden ist; ein Steuergerät (C), das einerseits mit dem Lenkwinkelsensor (Sa) und dem Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv), und andererseits mit dem elektrischen Motor (M) in Verbindung steht oder in Verbindung treten kann, und dazu ausgebildet ist, aus dem Lenkwinkel (a) und der Fahrgeschwindigkeit (v) einen Nachlaufwinkel (ß) von Laufrädern (Rn) an der Nachlaufachse (An) des Fahrzeugs (F) zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel (ß) den Motor (M) zu schalten, wobei der Arbeitszylinder (Z) einen Positionssensor (Sp) zum Erfassen einer Mittenstellung (G) von dessen Kolben (K) aufweist, in welcher die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in einer Geradeausfahrstellung stehen, und in Ansprechen auf die eifasste Mittenstellung (G) des Kolbens (K) ein Impulsventil (I) aus einer Arbeitsstellung (A), in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) freigeben ist, in eine Grundstellung (N) schaltbar ist, in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) unterbunden ist, so dass der Kolben (K) hydraulisch in der Geradeausfahrstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) blockiert ist. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Lenken von Laufrädern (Rn) wenigstens einer Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F).

Description

Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeug
BESCHREIBUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Lenksysteme und insbesondere ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs und ein entsprechendes Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schwere Fahrzeuge - insbesondere Nutzfahrzeuge - verfügen über eine schlechte Manövrierbarkeit. Deshalb wird oft mehr als eine Achse lenkbar ausgeführt. Diese zusätzlichen Lenkachsen müssen nicht zwangsläufig mit dem Lenkrad mechanisch verbunden sein. Häufig sind diese zusätzlichen Lenkachsen als Nachlaufachsen ausgeführt, die im Folgenden auch als NLA bezeichnet werden. Dieses Prinzip funktioniert aber auch bei anderen Achstypen wie z.B. Vorlaufachsen etc.
Die NLA kann dabei zwangsgelenkt oder adhäsionsgelenkt, d.h. durch die Rückstellbewegung der Räder selbst gelenkt sein. Diese zusätzliche NLA-Lenkung ermöglicht kleinere Kurvenradien, wodurch eine höhere Manövrierbarkeit erreicht wird. Zusätzlich reduziert sich der Schräglaufwinkel an den Reifen, wodurch der Reifenverschleiß des Fahrzeuges reduziert wird.
Ein aktives Lenken der NLA ist jedoch nur bei niedrigen Geschwindigkeiten erwünscht. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist kein Lenken der NLA erwünscht, da dies ein stabiles Fahren negativ beeinflusst. Die NLA muss ab einer bestimmten, vom Fahrzeug abhängigen Geschwindigkeit fixiert werden, um keinen instabilen Fahrzustand hervorzurufen.
Stand der Technik ist, dass die NLA über einen Hydraulik-Zylinder angelenkt wird. Das Öl wird über eine Pumpe, die über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, in die eine oder andere Zylinderkammer gepumpt, abhängig davon, wie die Ventile geschaltet sind. Neuerdings gibt es auch Fahrzeuge, bei der die Lenkungspumpe nicht über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, sondern über einen Elektromotor. Da der Elektromotor in beide Richtungen gleichwertig antreibbar ist, kann mit einer reversierbaren Pumpe je nach Drehrichtung der eine oder der andere Zylinderraum beaufschlagt werden.
Bei vorhandenen Lenksystemen besteht die Problematik, dass bei einer Systemstörung wie einem teilweisen oder vollständigen Ausfall von Komponenten auf Grund von Fehlern, oder bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, die Achse in Geradeausfahrstellung mit sehr viel Aufwand gehalten werden muss.
So zeigt die deutsche Patentanmeldung DE 103 51 482 AI ein Lenksystem, bei dem eine hydraulische angelenkte Fahrzeughinterachse mit einer zusätzlichen Blockiervorrichtung in der aktuellen Stellung gehalten bzw. adhäsionsgelenkt in eine Mittenstellung zurückgelenkt und dann arretiert wird. Dies erfordert jedoch weitere Bauteile und ist somit teuer; zudem wird viel Bauraum benötigt. Bei vielen hydraulischen Lenksystemen ist die Pumpe zudem fest am Verbrennungsmotor angeflanscht, so dass diese immer betrieben wird. Deshalb würde gerade bei der Geradeausfahrt, in welcher sich das Fahrzeug lange Zeit befindet, die Hydraulikpumpe ständig angetrieben, obwohl dies nicht erforderlich ist. In diesem Betriebszustand erzeugt die Hydraulik Verluste, denen kein Mehrwert entgegen steht. Dies steht der Forderung nach einem niedrigeren Kraftstoffbedarf des Fahrzeugs entgegen.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 008 436 AI zeigt eine mechanisch gekoppelte Mehrachslenkanlage, bei der nur dann eine Lenkkraft auf die zusätzliche Lenkachse aufgebracht wird, wenn diese auch aktiv - also beim Lenkeinschlag - benötigt wird. Jedoch ist dieses System für eine Hinterachslenkung, welche ab einem gewissen Geschwindigkeitsbereich in Geradeausfahrt gesperrt werden soll, nur mit sehr viel Aufwand realisierbar. In der deutschen Patentschrift DE 4414161 Cl wird eine Mehrachslenkanlage beschrieben, in welcher ein Geberzylinder angesteuert wird. Je nach Stellung des Geberzylinders an der vorderen Achse reagiert der Nehmerzylinder an der hinteren Achse. Nachteilig an diesem System ist aber die direkte Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Geberzylinders. So besteht mit diesem System keine Möglichkeit einer geschwindigkeitsabhängigen Einflussnahme auf die hintere Achse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches dessen aktuellen Fahrzustand möglichst umfassend berücksichtigt, das energieeffizient und zuverlässig arbeitet, und das einfach aufgebaut und kostengünstig zu realisieren ist.
Unter einer Nachlaufachse soll im Folgenden jede Achse verstanden werden, die dem Ausschlag einer gelenkten Achse folgt, und die einer starren Hinter- oder Vorderachse nach- oder vorlaufend, also auch als Vorlaufachse angeordnet sein kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche, die in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Vorteile der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich. Vorgesehen ist demnach ein Lenksystem für wenigstens eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs, umfassend: einen Lenkwinkelsensor zum Detektieren eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs; einen Fahrgeschwindigkeitssensor zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; einen elektrischen Motor zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe, die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse verbunden ist; ein Steuergerät, das einerseits mit dem Lenkwinkelsensor und dem Fahrgeschwindigkeitssensor, und andererseits mit dem elektrischen Motor in Verbindung steht oder in Verbindung treten kann, und dazu ausgebildet ist, aus dem Lenkwinkel und der Fahrgeschwindigkeit einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeugs zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel den Motor zu schalten, wobei der Arbeitszylinder einen Positionssensor zum Erfassen einer Mittenstellung von dessen Kolben aufweist, in welcher die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausfahrstellung stehen, und in Ansprechen auf die erfasste Mittenstellung des Kolbens ein Impulsventil aus einer Arbeitsstellung, in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe freigeben ist, in eine Grundstellung schaltbar ist, in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe unterbunden ist, so dass der Kolben hydraulisch in der Geradeausfahrstellung der Laufräder der Nachlaufachse blockiert ist.
Damit steht zunächst ein elektrohydraulisches Lenksystem für eine Nachlaufachse zur Verfügung, bei dem das Lenkrad nicht mechanisch mit der zu lenkenden Achse verbunden ist, d.h. dessen Anlenken der Nachlaufachse unabhängig von dem der Vorderachse stattfinden kann. Zudem ist dieses Lenksystem vom Verbrennungsmotor entkoppelt, so dass eine bedarfsgerechte Regelung gewährleistet ist. Durch die wenigen Bauteile ist zugleich die Fehleranfälligkeit des Lenksystems minimiert und darüber hinaus eine hohe räumliche Flexibilität bei deren Verbau gegeben. Insbesondere ist durch den Einsatz eines Impulsventils lediglich eine einzige Steuerleitung notwendig, um ein Schalten zwischen dessen Stellungen zu bewirken. Denn die Umsteuerung eines Impulsventils findet durch einen Impuls wie z.B. ein elektrisches Signal statt. Das Ventil bleibt dann so lange in der geschalteten Stellung, bis ein erneuter Impuls das Ventil wieder umsteuert. Die Erzeugung des Impulses benötigt einen nur äußerst geringen Energieaufwand, und beide Ventilstellungen können ohne weiteren Energieaufwand gehalten werden. Mit diesem Lenksystem ist somit ein aktives Lenken abhängig vom Lenkwinkel der Laufräder der Vorderachse und von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs möglich. Die Räder der Nachlaufachse sind dabei auch bei einem vollständigen Ausfall der Pumpe jederzeit automatisch, d.h. adhäsionsgetrieben aus jedem Auslenkungswinkel in ihre Geradeausfahrstellung bringbar und dort auch zuverlässig blockierbar, ohne dass dafür eine aufwändige Elektronik und/oder Hydraulik notwendig wäre. Bei der adhäsionsgetriebenen Bewegung eines Kolbens in Richtung seiner Mittenstellung wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem einen Zylinderraum des Arbeitszylinders abgegeben, während in den anderen Zylinderraum - ohne Pumpeneinsatz - Flüssigkeit nachgesaugt wird. Sobald die Mittenstellung des Kolbens von dem Positionssensor erfasst wird, schaltet das Impulsventil in seine Grundstellung, und eine weitere Bewegung des Kolbens ist durch die beidseitig eingesperrte Hydraulikflüssigkeit blockiert, so dass die Räder der Nachlaufachse sicher in ihrer Geradeausfahrstellung gehalten werden. Das Steuergerät des Lenksystems kann dazu ausgebildet sein, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit das Impulsventil in seine Grundstellung zu schalten, und bei Unterschreiten der vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit das Impulsventil in seine Arbeitsstellung zu schalten. In Geradeausfahrt bei hoher Geschwindigkeit, also oberhalb der vorgebbaren Geschwindigkeit, ist damit die Nachlaufachse zuverlässig haltbar und deren Ansteuerung bei niedriger Geschwindigkeit, also unterhalb der vorgebbaren Geschwindigkeit, trotzdem möglich, was die Flexibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Lenksystems erhöht. Denn bei einem Ausfall der Pumpe bei niedrigen Geschwindigkeiten besteht dabei die Möglichkeit, dass die Nachlaufachse gedämpft, adhäsionsgelenkt in die Mittenstellung gefahren und dort gehalten wird. Auch bei einem vollständigen Ausfall der Pumpe bei hohen Geschwindigkeiten kann die Nachlaufachse in ihrer Mittenstellung gehalten werden, da das Impulsventil in seiner Grundstellung steht. Sowohl seine Arbeitsstellung als auch seine Grundstellung ist dabei ohne weiteren Energieaufwand haltbar.
Das Steuergerät des Lenksystems kann zudem zum Erkennen von Störungen ausgebildet sein, und dazu, beim Vorliegen einer Störung und bei Geradeausfahrstellung der Laufräder der Nachlaufachse das Impulsventil in seine Grundstellung zu schalten. Bei Störungen, die nicht den Positionssensor und die Ansteuermöglichkeit des Impulsventils betreffen, kann das Lenksystem damit bei jeder Geschwindigkeit in einen sicheren Zustand überführt bzw. gehalten werden. Wenn das Impulsventil z.B. bei einer störungsfrei arbeitenden Pumpe, ausgelenkten Rädern der Nachlaufachse und niedriger Geschwindigkeit in seiner Arbeitsstellung steht, ist ein Fluidfluss zwischen Pumpe und Arbeitszylinder freigegeben, und der Kolben ist über die Pumpe bewegbar. Kommt es nun zu einer Störung, bei der keine Bewegung des Kolbens mittels der Pumpe mehr möglich ist, wird der Kolben unter adhäsionsgetriebener Verdrängung von Hydraulikflüssigkeit in Richtung seiner Mittenstellung bewegt, in welcher die Räder der Nachlaufachse in Geradeausfahrstellung stehen. Das Erreichen dieser Mittenstellung wird durch den Positionssensor erfasst und in der Folge wird ein Impuls vom Steuergerät ausgelöst, der das Impulsventil in seine Grundstellung schaltet, die jeden weiteren Austausch von Hydraulikflüssigkeit am Arbeitszylinder unterbricht. Diese Grundstellung des Impulsventils wird auch gehalten, wenn das Fahrzeug trotz Ausfall der Pumpe in der Folge beschleunigen und ein hohe Fahrgeschwindigkeit aufnehmen sollte.
Das Steuergerät des Lenksystems kann darüber hinaus dazu ausgebildet sein, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit den elektrischen Motor zu aktivieren, so dass die Räder der Nachlaufachse in Geradeausfahrstellung gebracht werden, und nach Erreichen der Geradeausfahrstellung das Impulsventil zu schalten um die Nachlaufachse zu halten. Somit lässt sich ein stabilerer Fahrzustand realisieren, wenn das Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit fährt. Dabei kann das Steuergerät des Lenksystems des Weiteren dazu ausgebildet sein, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit und einer Geradeausfahrstellung der Räder der Nachlaufachse den elektrischen Motor stromlos zu schalten und das Impulsventil in seine Grundstellung zu bringen. Die Nachlaufachse wird damit in ihrer Mittenstellung gehalten, so dass sich deren Laufräder in Geradeausfahrstellung befinden. Mit einem in dieser Stellung stromlos geschalteten elektrischen Motor und dem in seiner Grundstellung stehenden Impulsventil benötigt das Lenksystem keine weitere Leistungsaufnahme mehr, womit es ausgesprochen energieeffizient zu betreiben ist.
Grundsätzlich kann der wenigstens eine Arbeitszylinder als einfach wirkender Zylinder ausgelegt sein, dessen Hydraulikleitung zu der Pumpe lediglich ein Steuerventil erfordert. Der wenigstens eine Arbeitszylinder kann aber auch als ein doppelwirkender Zylinder oder als eine doppelwirkende Kombination aus zwei einzelnen Zylindern ausgeführt sein, womit sich eine verbesserte Kraftübertragung ergibt, und zugleich ein räumlich flexibler Verbau möglich ist. Bei einem doppelwirkenden Zylinder wird dabei ein jeweiliges Steuerventil eingesetzt, um einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit an jedem Zylinderraum zuzulassen oder zu unterbinden. Der Volumenausgleich unterschiedlicher Zylinderräume des wenigstens einen Zylinders erfolgt bevorzugt über eine Kombination aus einem 2-Druck- Ventil und einem Fluidtank. Aus diesem Fluidtank kann eine Hydraulikflüssigkeit nachgesaugt und gefördert werden, um einen entsprechenden Flüssigkeitsausgleich zu bewirken. Insbesondere dann, wenn der Kolben zurück in die Mittenstellung fährt, kann z.B. über Nachsaugventile Hydraulikflüssigkeit nachgesaugt werden bzw. Hydraulikflüssigkeit zurück in den Tank gefördert werden. Grundsätzlich können aber auch statt z.B. eines Differenzialzylinders zwei Zylinder mit identischen Volumen der Zylinderkammern verwendet werden, womit nicht notwendigerweise ein Fluidtank benötigt wird.
In bevorzugter Weise ist die Pumpe als reversierbar betreibbare Pumpe oder als eine Kombination aus einer einsinnig betreibbaren Pumpe mit einem Ventilblock ausgeführt. Eine reversierbar betreibbare Pumpe stellt dabei die geringsten Anforderungen an den Platzbedarf des Lenksystems, während eine einsinnig betreibbare Pumpe einen einfacheren elektrischen Antrieb benötigt. Das Ventil kann grundsätzlich elektromagnetisch und/oder hydraulisch betätigbar sein, um eine hohe Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Die vorstehende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Lenken von Laufrädern wenigstens einer Nachlaufachse eines Fahrzeugs gelöst, bei dem eine Fahrgeschwindigkeit und ein Lenkwinkel von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs detektiert werden und daraus ein Nachlaufwinkel der Laufräder der Nachlaufachse bestimmt wird, wobei die Laufräder der Nachlaufachse über einen Arbeitszylinder angelenkt werden, der einen Positionssensor aufweist, welcher eine Mittenstellung von dessen Kolben erfasst, in welcher die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausfahrstellung stehen, und in Ansprechen auf diese Mittenstellung des Kolbens ein Impulsventil aus einer Arbeits Stellung, in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe freigeben ist, in eine Grundstellung geschaltet wird, in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder und der Pumpe unterbunden ist, so dass der Kolben hydraulisch in der Geradeausfahrstellung der Laufräder der Nachlaufachse blockiert wird. Der Positionssensor kann dabei nicht nur notwendigerweise eine Mittenstellung, sondern jede Position des Kolbens erfassen, und es kann ein Steuergerät vorgesehen sein, dass mit dem Positionssensor in Verbindung steht oder mit diesem in Verbindung treten kann. Die Steuereinheit kann dabei so ausgebildet sein, dass sie unter Heranziehen des Sensorsignals eine Geradeausstellung der Räder der Nachlaufachse bewirkt, z.B. durch Aktivieren der Pumpe bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit, und durch Schalten des Impulsventils und damit Blockieren der Nachlaufachse, wenn der Kolben des Arbeitszylinders in seiner Mittenstellung steht, in welcher die Geradeausstellung der Räder der Nachlaufachse erreicht ist. Die Mittenstellung des Kolbens muss dabei nicht zwangsläufig seiner Mittenposition im Arbeitszylinder entsprechen.
Damit steht zunächst ein elektrohydraulisch entkoppeltes Lenkverfahren für eine Nachlaufachse zur Verfügung, bei dem die Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse angelenkt werden kann. Dadurch wird eine jeweils auf die aktuelle Fahrsituation abgestimmte Anlenkung der Nachlaufachse möglich, die zudem Energiesparpotential eröffnet und hohe Zuverlässigkeit garantiert. Insbesondere ist eine einfache und zuverlässige automatische, d.h. adhäsionsgelenkte Rückführung der Räder einer Nachlaufachse in ihre Geradeausfahrstellung möglich, d.h. auch dann, wenn eine Störung der Pumpe oder des Motors vorliegt. Das Verfahren kann vorsehen, dass beim Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit das Impulsventil in seine Grundstellung geschaltet wird, und bei Unterschreiten der vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit das Impulsventil in seine Arbeits Stellung geschaltet wird. Damit ist in Geradeausfahrt bei hoher Geschwindigkeit, also oberhalb der vorgebbaren Geschwindigkeit die Nachlaufachse zuverlässig haltbar und deren Ansteuerung bei niedriger Geschwindigkeit, also unterhalb der vorgebbaren Geschwindigkeit trotzdem möglich, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Lenksystems erhöht. Zudem ist eine zuverlässige, adhäsionsgetriebene Rückführung der Laufräder einer Nachlaufachse aus jeder ausgelenkten Stellung und deren sicheres Halten in einer Geradeausfahrstellung ohne jeglichen Energieaufwand möglich.
Das Verfahren kann zudem vorsehen, dass dann, wenn eine Störung erkannt wird und sich die Laufräder der Nachlaufachse in der Geradeausfahrstellung befinden, das Impulsventil in seine Grundstellung geschaltet wird. Liegt eine Störung vor, die nicht den Positionssensor und die Ansteuermöglichkeit des Impulsventils betrifft, kann das Lenksystem damit bei hoher wie auch bei niedriger Geschwindigkeit in einen sicheren Zustand überführt bzw. gehalten werden.
Das Verfahren kann auch vorsehen, dass dann, wenn eine vorgebbare Fahrgeschwindigkeit überschritten wird, der elektrische Motor aktiviert wird, so dass die Räder der Nachlaufachse in die Geradeausfahrstellung gebracht und dort durch das Schalten des Impulsventils gehalten werden. Somit lässt sich ein stabilerer Fahrzustand realisieren, wenn das Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit als der vorgegebenen Geschwindigkeit fährt.
Dabei kann das Verfahren auch vorsehen, dass dann, wenn eine vorgebbare Fahrgeschwindigkeit überschritten wird, und die Geradeausfahrstellung der Räder der Nachlaufachse erreicht ist, der elektrische Motor stromlos geschaltet und das Impulsventil in seine Grundstellung gebracht wird. Die Energieeffizienz eines entsprechenden Lenksystems steigt dadurch an, da bei hohen Geschwindigkeiten weder die adhäsionsgetriebene Rückführung der Räder der Nachlaufachse, noch deren Blockade in der Geradeausfahrstellung, noch der elektrische Motor eine Energiezufuhr erfordern.
Auf Grund seiner besonders zuverlässigen und sicheren Arbeitsweise soll das erfindungsgemäße Lenksystem bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug Verwendung finden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen
Lenksystem, und
Fig. 2 das Funktionsschaubild des erfindungsgemäßen Lenksystems der Figur 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Figur 1 zeigt ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs F mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem L. Zum Detektieren eines Lenkwinkels α von Laufrädern Rv einer Vorderachse Av ist hier ein Lenkwinkelsensor Sa, und zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit v ein Fahrgeschwindigkeitssensor Sv vorgesehen. Deren Signale werden über eine Signalleitung Wl einer Steuereinheit C übermittelt, die zum Ansteuern eines elektrischen Motors M und einer damit direkt betriebenen reversierbaren hydraulischen Pumpe P ausgebildet ist. Der Lenkwinkel α kann alternativ oder zusätzlich auch direkt am Lenkrad abgegriffen und über eine Signalleitung W2 an die Steuereinheit C übermittelt werden. Andererseits ist die Steuereinheit C über eine Signalleitung W3 mit einem Positionssensor Sp eines doppelwirkenden Zylinders Z verbunden, der die Laufräder Rn einer Nachlaufachse An des Fahrzeugs F in einen Nachlaufwinkel ß bewegen kann. Das Lenksystem L wird nur dann durch den Motor M angetrieben, wenn eine aktive Lenkbewegung gefordert ist. Mit der reversierbar betreibbaren Pumpe P ist es möglich, einen Ölstrom in Richtung der einen oder anderen Seite des Zylinders Z zu pumpen. Der ausführende Zylinder Z ist hier ein doppelt wirkender Zylinder, der auch als Gleichlauf- oder Differzialzylinder ausgeführt sein kann. In Hydraulikleitungen XI, X2, welche die Pumpe P mit dem Arbeitszylinder Z verbinden, ist ein Impulsventil I angeordnet, das durch einen z.B. elektrischen Impuls zwischen einer geschlossenen Grundstellung N und einer geöffneten Arbeits Stellung A hin und her geschaltet werden kann. Das Impulsventil I bleibt so lange in der geschalteten Stellung, bis ein erneuter Impuls das Impulsventil I wieder umsteuert. Beide Ventilpositionen N, A können ohne weiteren Energiebedarf gehalten werden. In der Arbeits Stellung A des Impulsventils I gehen die Hydraulikleitungen XI, X2 eine Verbindung mit der Pumpe P ein, und eine Stellung des Kolbens K und damit ein Anlenken der Räder Rn der Nachlaufachse An ist mittels der Pumpe P möglich.
Um zum einen den Energiebedarf auch bei Geradeausfahrt reduzieren zu können und zum anderen bei Systemausfall die Laufräder Rn der Nachlaufachse An in Geradeausfahrt (a=0, ß=0) halten zu können, erfasst der Positionssensor Sp ständig die Stellung des Kolbens K. Ist die Stellung des Kolbens K in Geradeausfahrt erreicht, die hier auch als Mittenstellung G des Kolbens K bezeichnet wird, so kann z.B. das Steuergerät C das Impulsventil I in die Grundstellung N schalten. Durch dieses Schalten werden nun die Hydraulikleitungen XI, X2 zu den Zylinderräumen des Arbeitszylinders Z geschlossen. Der Kolben K kann dabei ohne weitere externe Energie gehalten werden.
Die Steuereinheit C steht über eine Signalleitung W4 mit einer Ventilsteuerung D des Impulsventils I in Verbindung oder kann mit dieser in Verbindung treten, um abhängig von der Stellung des Kolbens K und damit dem Nachlaufwinkel ß der Räder Rn, sowie abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs F, umfassend z.B. Lenkwinkel , Fahrgeschwindigkeit v, Vorliegen eines Fehlerfalls u.A. das Impuls ventil I von seiner Arbeits Stellung A in seine Grundstellung N zu schalten, und umgekehrt. Aufbauend auf der Figur 1 sollen im Folgenden die einzelnen Betriebszustände des Lenksystems L anhand von Figur 2 näher erläutert werden. Die Figur 2 zeigt das Funktionsschaubild des Lenksystems L der Figur 1 in größerem Maßstab. Fahrt mit hoher Fahrgeschwindigkeit
Bei Fahrt mit hoher Geschwindigkeit kann der elektrische Motor M ausgeschaltet bleiben und die Achse An bleibt hydraulisch gehalten, da Impulsventil I in seiner Grundstellung N steht, und der Kolben K somit hydraulisch blockiert ist.
Aktives Lenken bei niedriger Fahrgeschwindigkeit
Bei aktivem Lenken wird der elektrische Motor M von dem Steuergerät C angesteuert und das Impulsventil I steht in der Arbeits Stellung A, d.h. es ist ein Fluidfluss zwischen Pumpe P und Arbeitszylinder Z möglich. Der Lenkeinschlag α der Laufräder Rv der Vorderachse Av oder der Lenkwinkel des Lenkrades wird messtechnisch detektiert und über die Signalleitung Wl bzw. W2 an das Steuergerät C weitergegeben. Mit diesen und weiteren Werten, z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit v wird die Sollauslenkung der Räder Rn an der Nachlaufachse An berechnet. Der Motor M, der wiederum mit der Pumpe P verbunden ist, welche das Öl durch die Hydraulikleitungen XI, X2 in den entsprechenden Zylinderraum fördert, wird von dem Steuergerät C angesteuert, wodurch eine Kolbenbewegung ausgelöst wird. Die Ansteuerung erfolgt über einen entsprechenden Regelalgorithmus bis der Sollwert an der Nachlaufachse An erreicht ist.
Störung des Lenksystems
Kommt es zu einem Ausfall des Lenksystems L, z.B. durch einen Fehler des elektrischen Motors M und damit der Pumpe P, und/oder des Lenkwinkel- und/oder Fahrgeschwindigkeitssensors Sa und Sv, und/oder der Signalleitungen Wl, W2, wird der Motor M abgeschaltet und je nach Fehlerart und Fahrsituation das Impulsventil I z.B. mittels einer elektro-magnetischen Ventilsteuerung D geschaltet, um das Halten der Nachlaufachse An in der Geradeausfahrstellung der Laufräder Rn wie folgt einzuleiten.
Störung bei Fahrt mit hoher Fahrgeschwindigkeit
Fällt das Lenksystem L bei Fahrt mit hoher Fahrgeschwindigkeit aus, so hat dies keine Auswirkungen. Das Impulsventil I ist in seine Grundstellung N geschaltet, so dass das Öl hydraulisch in den beiden Zylinderkammern eingeschlossen ist. Somit bleiben die Laufräder Rn der Nachlauf achse An in der Geradeausfahrstellung.
Störung beim unterstützten Lenken bei niedriger Fahrgeschwindigkeit
Erkennt das Lenksystem L einen Fehler während des unterstützten Lenkens, welcher nicht den Positionssensor Sp und die Ansteuermöglichkeit des Impulsventils I betrifft, so bleibt das Impulsventil I zunächst in der Arbeitsstellung A und der Motor M wird abgeschaltet. Sind die Räder Rn der Nachlaufachse An ausgelenkt, wirken die Achskräfte entsprechend dem Kurvenradius auf die Räder Rn, was auch als Adhäsionsienken bezeichnet wird. Wird das Fahrzeug F aus der Kurvenfahrt in eine Geradeausfahrt gebracht, versuchen die Achsrückstellkräfte die Lenkung in Richtung Geradeausfahrt zu bewegen. Diese Bewegung wird durch das sich in Arbeitsstellung A befindliche Impulsventil I ermöglicht, bis der Kolben K die Mittenstellung G erreicht, dann wird das Impulsventil I umgeschaltet. Ein Ausgleich des Hydrauliköls zwischen den beiden Zylinderräumen des Arbeitszylinders Z kann dabei über die inaktive Pumpe P erfolgen. Erfasst schließlich der Positionssensor Sp die Geradeausfahrstellung, so gibt das Steuergerät C einen Impuls auf das Impulsventil I, so dass dieses schaltet und das Hydrauliköl im Arbeitszylinder Z einsperrt und so eine Bewegung des Kolbens K verhindert. Betrifft der Fehler auch den Positionssensor Sp und/oder die Ventilsteuerung D so wird die Nachlaufachse An adhäsionsgelenkt. Natürlich sind auch andere konkrete technische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems denkbar, die im Wissen und Können des Fachmanns stehen. Wichtig ist, dass die automatische mechanische Zurückführung der Nachlaufachse in ihre Mittenstellung im Fehlerfall gewährleistet ist. In der Summe entsteht damit ein Lenksystem, das einen aktuellen Fahrzustand eines Fahrzeugs umfassend berücksichtigt, das energieeffizient und zuverlässig arbeitet, und das einfach und kostengünstig zu realisieren ist. Grundsätzlich ist ein solches Lenksystem darüber hinaus nicht nur auf die Führung von Nachlaufachsen, sondern auch auf andere gelenkte Hinterachsen, wie z.B. Vorlaufachsen anwendbar.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
A Arbeits Stellung des Impuls ventils
An Nachlaufachse
Av Vorderachse
C Steuergerät
D Ventilsteuerung
F Fahrzeug
G Mittenstellung des Kolbens
I Impulsventil
K Kolben
L Lenksystem
M Motor
N Grundstellung des Impulsventils
P Pumpe
Rn Laufräder der Nachlaufachse
Rv Laufräder der Vorderachse
Sp Positionssensor
Sv Fahrgeschwindigkeitssensor
Sa Lenkwinkelsensor
V Geschwindigkeit des Fahrzeugs
W1. W2, W3, W4 Signalleitung
XI, X2 Hydraulikleitungen
Z Arbeitszylinder
a Lenkwinkel
ß Nachlaufwinkel

Claims

ANSPRÜCHE
1. Lenksystem (L) für wenigstens eine Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F), umfassend:
einen Lenkwinkelsensor (Sa) zum Detektieren eines Lenkwinkels (a) von Laufrädern (Rv) einer Vorderachse (Av) des Fahrzeugs;
einen Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv) zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (F);
einen elektrischen Motor (M) zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe (P), die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder (Z) zum Anlenken der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) verbunden ist; ein Steuergerät (C), das einerseits mit dem Lenkwinkelsensor (Sa) und dem Fahrgeschwindigkeitssensor (Sv), und andererseits mit dem elektrischen Motor (M) in Verbindung steht oder in Verbindung treten kann, und dazu ausgebildet ist, aus dem Lenkwinkel (a) und der Fahrgeschwindigkeit (v) einen Nachlaufwinkel (ß) von Laufrädern (Rn) an der Nachlaufachse (An) des Fahrzeugs (F) zu bestimmen, und basierend auf diesem Nachlaufwinkel (ß) den Motor (M) zu schalten, wobei
der Arbeitszylinder (Z) einen Positionssensor (Sp) zum Erfassen einer Mittenstellung (G) von dessen Kolben (K) aufweist, in welcher die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in einer Geradeausfahrstellung stehen, und in Ansprechen auf die erfasste Mittenstellung (G) des Kolbens (K) ein Impulsventil (I) aus einer Arbeits Stellung (A), in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) freigeben ist, in eine Grundstellung (N) schaltbar ist, in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) unterbunden ist, so dass der Kolben (K) hydraulisch in der Geradeausfahrstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) blockiert ist.
2. Lenksystem (L) nach Anspruch 1, bei dem das Steuergerät (C) dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit (v) das Impulsventil (I) in seine Grundstellung (N) zu schalten, und bei Unterschreiten der vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit (v) das Impulsventil (I) in seine Arbeits Stellung (A) zu schalten.
3. Lenksystem (L) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Steuergerät (C) zum Erkennen von Störungen ausgebildet ist, und dazu, beim Vorliegen einer Störung in der Geradeausfahrstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) das Impulsventil (I) in seine Grundstellung (N) zu schalten.
4. Lenksystem (L) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Steuergerät (C) dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit (v) den elektrischen Motor (M) zu aktivieren, so dass die Räder (Rn) der Nachlaufachse (An) in die Geradeausfahrstellung gebracht werden, und nach Erreichen der Geradeausfahrstellung das Impulsventil (I) zu schalten um die Nachlaufachse (An) zu halten.
5. Lenksystem (L) nach Anspruch 4, bei dem das Steuergerät (C) dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit (v) und der Geradeausfahrstellung der Räder (Rn) der Nachlaufachse (An) den elektrischen Motor (M) stromlos zu schalten.
6. Lenksystem (L) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der wenigstens eine Arbeitszylinder (Z) als ein doppelwirkender Zylinder oder als eine doppelwirkende Kombination aus zwei einzelnen Zylindern ausgeführt ist.
7. Lenksystem (L) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Volumenausgleich unterschiedlicher Zylinderräume des wenigstens einen Arbeitszylinders (Z) über eine Kombination aus einem 2-Druck- Ventil und einem Fluidtank erfolgt.
8. Lenksystem (L) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Pumpe (P) als reversierbar betreibbare Pumpe oder als eine Kombination aus einer einsinnig betreibbaren Pumpe mit einem Ventilblock ausgeführt ist.
9. Verfahren zum Lenken von Laufrädern (Rn) wenigstens einer Nachlaufachse (An) eines Fahrzeugs (F), bei dem eine Fahrgeschwindigkeit (v) und ein Lenkwinkel (a) von Laufrädern (Rv) einer Vorderachse (Av) des Fahrzeugs (F) detektiert werden und daraus ein Nachlaufwinkel (ß) der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) bestimmt wird, wobei die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) über einen Arbeitszylinder (Z) angelenkt werden, der einen Positionssensor (Sp) aufweist, welcher eine Mittenstellung (G) von dessen Kolben (K) erfasst, in welcher die Laufräder (Rn) der Nachlauf achse (An) in einer Geradeausfahrstellung stehen, und in Ansprechen auf diese Mittenstellung (G) des Kolbens (K) ein Impulsventil (I) aus einer Arbeitsstellung (A), in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) freigegeben ist, in eine Grundstellung (N) geschaltet wird, in der ein Fluidfluss zwischen dem Arbeitszylinder (Z) und der Pumpe (P) unterbunden ist, so dass der Kolben (K) hydraulisch in der Geradeausfahrstellung der Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) blockiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem beim Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit (v) das Impulsventil (I) in seine Grundstellung (N) geschaltet wird, und bei Unterschreiten der vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit (v) das Impuls ventil (I) in seine Arbeits Stellung (A) geschaltet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem dann, wenn eine Störung erkannt wird, und sich die Laufräder (Rn) der Nachlaufachse (An) in der Geradeausfahrstellung befinden, das Impulsventil (I) in seine Grundstellung (N) geschaltet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem dann, wenn eine vorgebbare Fahrgeschwindigkeit (v) überschritten wird, der elektrische Motor (M) aktiviert wird, so dass die Räder (Rn) der Nachlaufachse (An) in die Geradeausfahrstellung gebracht und dort durch das Schalten des Impulsventils (I) gehalten werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem dann, wenn eine vorgebbare Fahrgeschwindigkeit (v) überschritten wird, und die Geradeausfahrstellung der Räder (Rn) der Nachlaufachse (An) erreicht ist, der elektrische Motor (M) stromlos geschaltet und das Impulsventil (I) in seine Grundstellung (N) gebracht wird.
14. Verwendung eines Lenksystems (L) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug.
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