WO2016078885A1 - Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs - Google Patents

Lenksystem für eine nachlaufachse eines fahrzeugs Download PDF

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WO2016078885A1
WO2016078885A1 PCT/EP2015/075005 EP2015075005W WO2016078885A1 WO 2016078885 A1 WO2016078885 A1 WO 2016078885A1 EP 2015075005 W EP2015075005 W EP 2015075005W WO 2016078885 A1 WO2016078885 A1 WO 2016078885A1
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vehicle
axle
wheels
steering
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PCT/EP2015/075005
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Falk Hofmann
Michael Hägele
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Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
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    • F15B2211/875—Control measures for coping with failures
    • F15B2211/8752—Emergency operation mode, e.g. fail-safe operation mode

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 according to claim 1.
  • NLA trailing axles
  • Front axle steering also includes a steerable NLA.
  • the NLA may be force-deflected or adhesion-steered, i. be directed by the return movement of the wheels themselves. This additional NLA steering allows for smaller curve radii, resulting in greater maneuverability. In addition, the slip angle on the tire is reduced, thereby reducing the tire wear of the vehicle.
  • 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 axis can be kept in the straight ahead position.
  • 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, which is driven by an electric motor, depending on how the valves are switched. Since the electric motor can drive equally in both directions, one or the other cylinder chamber can be acted upon by a reversible pump depending on the direction of rotation.
  • DE 103 51 482 A1 shows a steering system in which a hydraulically articulated vehicle rear axle with an additional locking device in the held current position or hinged back to a center position and then arrested.
  • DE 10 2006 008 436 A1 shows a mechanically coupled
  • Multi-axle steering system in which only a steering force on the additional
  • Steering axle is applied, if this is also active - so 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.
  • DE 10 2012 105 976 A1 discloses a steering system for a
  • Trailing axle with an electronic control in which the trailing axle takes place independently of the front axle.
  • the pump is driven by an electric motor which makes the system energy efficient.
  • the blocking function is realized in the simplest way, that in the adhesion-driven return movement of the piston hydraulic fluid is discharged from the working cylinder through a central bore. When the piston reaches this center hole, it closes it and blocks another one
  • the object of the present invention is to avoid the above-mentioned disadvantage, ie to provide a suitable piston bearing in the cylinder tube, which ensures that only the piston seal closes the central bore and otherwise a sufficient flow of oil is ensured.
  • the object is achieved in that the piston guide is provided with a plurality of grooves, so that a sufficient flow of oil between the guide ring and cylinder tube to the center hole is ensured.
  • the grooves can be aligned both diagonally and axially. It is also conceivable to radially align the grooves and then to arrange additional transverse grooves in the axial direction.
  • the object is alternatively achieved in that the piston guide is taken directly by the piston seal.
  • FIG. 1 shows a functional diagram of a vehicle.
  • Figure 2 shows the hydraulic circuit diagram of the entire steering system.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the piston guide according to the invention
  • Figure 4 shows a second embodiment of the piston guide according to the invention
  • Figure 5 shows a third embodiment of the piston guide according to the invention
  • FIG. 2 shows the hydraulic circuit diagram of the entire steering system.
  • the data detected by a steering angle sensor measuring the steering angle at the front axle and data obtained by a vehicle speed sensor are input to a controller 1 .1.
  • the control unit 1 .1 calculates from the data a caster angle of wheels on the trailing axle of the vehicle and controls accordingly an electric motor 1 .2.
  • the electric motor 1 .2 is used to drive a hydraulic pump 2, which in turn is connected to at least one working cylinder 1 1 for articulating the wheels of the trailing axle.
  • the working cylinder 1 1 has a Center hole 1 1 .3, via which hydraulic fluid from the working cylinder 1 1 can be issued, so that the piston is driven by adhesion to a central position, in which it closes the central bore, and the wheels of the trailing axle are blocked in a straight ahead position.
  • this system is decoupled from the internal combustion engine, so that on the one hand a needs-based control and on the other hand - by the few and also freely placeable components - a high spatial flexibility is ensured during its installation.
  • an active steering depends on the steering angle of the front axle and the front axle
  • the wheels of the trailing axle are automatic at any time even in the event of a failure of the electronics and / or hydraulics, i. ädnossionsgetrieben from each deflection angle in their straight-ahead position can be brought and there reliably blocked, without the need for additional electronics and / or hydraulics would be necessary.
  • a trailing axle should be understood to mean any axle that follows the deflection of a steered axle, and that is arranged in front of or behind a rigid rear or front axle, ie also as a leading axle can.
  • the steering system according to the invention can thus also be used in trailers, semitrailers or a second steered front axle.
  • the steering system according to the invention has a valve which in a
  • Fluid connection between the center bore and the oil tank is connected, and which releases a fluid flow between the center bore of the working cylinder and the oil tank in a basic position, and which prevents a fluid flow between the center bore of the working cylinder and the oil tank in a working position, and wherein the control unit for Recognizing malfunctions and in the event of a malfunction for switching the valve is formed in its normal position, so that the piston is driven adhesion driven to its center position, in which the piston closes the central bore, and the wheels of the trailing axle are blocked in a straight-ahead position.
  • the pump can be the system by appropriate switching of the valve in a safe state to be transferred. While the valve is e.g.
  • the control unit can be designed to switch the motor off when a predeterminable vehicle speed is exceeded.
  • the trailing axle is thus - automatically from a certain presettable speed - i. driven by adhesion in their center position and held there, so that their wheels are in straight-ahead driving position. Since this center position can be maintained without further energy consumption, the power consumption of the system is minimal.
  • the pump is a reversibly operable pump or a combination of a one-way operable pump with a valve block executed.
  • 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 pump 2 sucks on the intake valves 3, 3.1 oil from the oil reservoir 6. Since coarse dirt in the oil tank 6 may be, two filters 4, 4.1 are arranged in the suction line to hedge.
  • the pump 2 via the supply line 7, 7.1 through the filter 8, 8.1 and the check valves 9, 9.1 promotes oil in a cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2.
  • Each cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2 is associated with a return valve 10, 10.1, which is closed when filling the cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2.
  • the return valve 10, 10.1 of the other cylinder chamber 1 1 .1, 1 1 .2 is opened and thereby the
  • the mid-position valve 12 has a defined flow area for the open switch position, whereby the return speed of the
  • Trailing axle can be precisely adjusted.
  • FIG. 3 shows a piston 14.1 with an attached guide ring 14.3.
  • the guide ring 14.3 has circumferentially diagonally mounted grooves whose cross-section and groove spacing was chosen so that when passing over the center bore sufficient oil flow between the guide ring and cylinder tube is achieved in the center hole.
  • the piston guide has no influence on the flow of oil through the center bore and it is ensured that only the piston seal 14.2 can close the center hole.
  • FIG. 4 shows that, instead of the guide ring, the piston guide is also taken over directly by a correspondingly executed region on the piston 14.1 can. In this case, the grooves for the oil flow can also be introduced directly into the piston 14.1.
  • Piston seal can thus not be deformed, which would lead in this case to a metallic start of the piston on the cylinder surface.
  • the axle can be actively held by the motor here, but energy is consumed.
  • the axis is held by trapped in the cylinder 1 1 oil.
  • the axle is actively returned from the engine to the straight ahead driving position and then the steering system is switched passive, i. the mid-position valve 12 is closed and thus locks together with the check valves 9 and 9.1, the cylinder chambers.
  • the advantage here is that no more energy is needed by the engine.
  • Active steering low driving speed
  • the steering angle of the front axle is detected metrologically and transmitted to the control unit 1 .1 of the rear axle steering.
  • the vehicle speed of the setpoint of the rear axle is calculated and the motor 1 .2 driven by the control unit 1 .1.
  • the actual value is detected and the
  • Mid-position valve 12 is in its normal position and the axis is returned via the wheel forces and the desired damping via the center bore 1 1 .3 in the straight-ahead position, i. safe condition. There, the axis is held as explained below.
  • Middle position valve 12 de-energized, whereby it assumes its basic position. If the piston is in the straight-ahead position, it can not be moved any further - thus the axle remains held.
  • the axis is deflected, it is not possible to actively bring the axis into the middle position in the case of many errors.
  • the currentless switching of the mid-position valve 12 prevents the axle from being deflected further than it is at that moment.
  • the Achsrepstell rule try to move the cylinder in the direction of straight travel, this movement is made possible by the center position hole 1 1 .3 in the cylinder until the piston reaches the center position. After reaching the center position, the axis becomes in held this position, since the piston closes the middle position hole 1 1 .3.
  • the speed of the axis movement in the event of failure can be adjusted so that no critical driving condition arises.

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Abstract

Lenksystem für wenigstens eine Nachlauf- oder Vorlaufachse eines Fahrzeuges, umfassend: - einen Lenkwinkelsensor zur Messung eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs, - einen Fahrgeschwindigkeitssensor zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, - einen elektrischen Motor (1.2), der eine hydraulische Pumpe (2) antreibt, - einen Arbeitszylinder (11) zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse, der über Zuleitungen (7 und 7.1) mit der hydraulischen Pumpe (2) verbunden ist, - ein Steuergerät (1.1), welches mit Hilfe der Daten des Lenkwinkelsensors und des Fahrgeschwindigkeitssensors einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeuges bestimmt und den elektrischen Motor entsprechend ansteuert, - wobei der Arbeitszylinder (11) eine Mittelstellungsbohrung (11.3) aufweist, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (11) abgebbar ist, - wobei die Mittelstellungsbohrung (11.3) des Arbeitszylinders (11) mit einem Mittelstellungsventil (12) verbunden ist, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann, und - wobei ein Kolben (14.1) in der Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse die Mittelstellungsbohrung (11.3) verschließt, - wobei der Kolben (14.1) eine Kolbendichtung (14.2) und eine Kolbenführung aufweist, wobei die Mittelstellungsbohrung (11.3) nur durch die Kolbendichtung (14.2) verschlossen werden kann.

Description

Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Lenksysteme und insbesondere ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 .
Stand der Technik
Schwere Fahrzeuge - insbesondere Nutzfahrzeuge - verfügen oft über mehr als zwei Achsen, sogenannte Nachlaufachsen (NLA). Sind die NLA starr ausgeführt, haben die Fahrzeuge einen großen Wendekreis. Daher wird oft neben einer
Vorderachslenkung zusätzlich eine lenkbare NLA eingebaut. 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.
Bei solchen Systemen ist es vorteilhaft, dass bei einem Ausfall oder bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Achse in Geradeausstellung gehalten werden kann.
Stand der Technik ist, dass die NLA über einen Hydraulik-Zylinder angelenkt wird Das Öl wird über eine Pumpe, die über einen Elektromotor angetrieben wird, in die eine oder andere Zylinderkammer gepumpt, abhängig davon, wie die Ventile geschaltet sind. Da der Elektromotor in beide Richtungen gleichwertig antreiben kann, kann mit einer reversierbaren Pumpe je nach Drehrichtung der eine oder der andere Zylinderraum beaufschlagt werden.
Die DE 103 51 482 A1 zeigt 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, benötigt zusätzlichen Bauraum und ist somit teuer. Die DE 10 2006 008 436 A1 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.
Schließlich offenbart die DE 10 2012 105 976 A1 ein Lenksystem für eine
Nachlaufachse mit einer elektronischen Steuerung bei dem das Anlenken der Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse stattfindet. Die Pumpe wird über einen Elektromotor angetrieben, wodurch das System energieeffizient arbeitet. Die Blockierfunktion ist in einfachster Weise dadurch realisiert, dass bei der adhäsionsgetriebenen Rückbewegung des Kolbens Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder durch eine Mittenbohrung abgegeben wird. Erreicht der Kolben diese Mitten bohrung, verschließt er sie und blockiert damit eine weitere
Bewegung.
Dabei besteht jedoch das Problem, dass der Kolben schon vor dem Erreichen der theoretischen Mittenposition die Mittenbohrung verschließt. Dadurch ist im
Fehlermodus keine ausreichend genaue Rückführung der Achse in die
Geradeausfahrtstellung möglich. Die Ursache dafür ist das enge Kolbenspiel im Zylinderrohr, insbesondere das enge Spiel zwischen Führungsband und
Zylinderrohr, was keinen ausreichenden Ölfluss zur Mittenbohrung zulässt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben genannten Nachteil zu vermeiden, also eine geeignete Kolbenlagerung im Zylinderrohr bereitzustellen, welche sicherstellt, dass nur die Kolbendichtung die Mittenbohrung verschließt und ansonsten ein ausreichender Ölfluss gewährleistet ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kolbenführung mit einer Vielzahl Nuten versehen wird, so dass ein ausreichender Ölfluss zwischen Führungsring und Zylinderrohr zur Mitten bohrung sichergestellt ist. Die Nuten können sowohl diagonal wie auch axial ausgerichtet sein. Es ist auch denkbar, die Nuten radial auszurichten und dann zusätzliche Quernuten in axialer Richtung anzuordnen.
Die Aufgabe wird alternativ dadurch gelöst, dass die Kolbenführung direkt durch die Kolbendichtung übernommen wird.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren erläutert:
Figur 1 zeigt ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs.
Figur 2 zeigt den hydraulischen Schaltplan des gesamten Lenksystems.
Figur 3 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Kolbenführung
Figur 4 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Kolbenführung Figur 5 zeigt eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Kolbenführung
Das Funktionsschaubild nach Figur 1 zeigt, dass zum Detektieren eines
Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse ein Lenkwinkelsensor Sa, und zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit v ein Fahrgeschwindigkeitssensor Sv vorgesehen. Deren Signale werden über eine Signalleitung an das Lenksystem LS der Nachlaufachse übermittelt. Die Figur 2 zeigt den hydraulischen Schaltplan des gesamten Lenksystems. Die von einem Lenkwinkelsensor, weicher den Lenkwinkel an der Vorderachse misst, und von einem Fahrgeschwindigkeitssensor ermittelten Daten werden in ein Steuergerät 1 .1 eingegeben. Das Steuergerät 1 .1 berechnet aus den Daten einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeugs und steuert entsprechend einen elektrischen Motor 1 .2 an.
Der elektrische Motor 1 .2 dient zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe 2, die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder 1 1 zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse verbunden ist. Der Arbeitszylinder 1 1 verfügt über eine Mittenbohrung 1 1 .3, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder 1 1 abgebbar ist, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in eine Mittenstellung bewegbar ist, in welcher er die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind.
Bei diesem elektrohydraulischen Lenksystem erfolgt das Anlenken der
Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse da das Lenkrad nicht mechanisch mit der zu lenkenden Achse verbunden ist. Zudem ist dieses System vom Verbrennungsmotor entkoppelt, so dass einerseits eine bedarfsgerechte Regelung und andererseits - durch die wenigen und zudem frei plazierbaren Bauteile - eine hohe räumliche Flexibilität bei dessen Verbau gewährleistet ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sowie im Stand ist mit diesem System ein aktives Lenken abhängig vom Lenkwinkel der Vorderachse und von der
Fahrgeschwindigkeit möglich. Insbesondere sind die Räder der Nachlaufachse auch bei einem Ausfall der Elektronik und/oder der Hydraulik jederzeit automatisch, d.h. ädhäsionsgetrieben aus jedem Auslenkungswinkel in ihre Geradeausstellung bringbar und dort auch zuverlässig blockierbar, ohne dass dazu eine zusätzliche Elektronik und/oder Hydraulik notwendig wäre. Bei der adhäsionsgetriebenen Bewegung des Kolbens in Richtung der
Mittenbohrung wird die Hydraulikflüssigkeit aus einem Zylinderraum in Richtung Öltank hin abgegeben, während in den anderen Zylinderraum - ohne
Pumpeneinsatz - Flüssigkeit nachgesogen wird. Sobald die Mittenbohrung durch den Kolben verschlossen wird, ist dessen weitere Bewegung durch die beidseitig sozusagen eingesperrte Hydraulikflüssigkeit blockiert, so dass die Räder der Nachlaufachse sicher in ihrer Geradeausstellung gehalten werden. Bei einem Ausfall der Hydraulik und/oder Elektrik bei niedrigen Geschwindigkeiten besteht somit die Möglichkeit, dass die Nachlaufachse gedämpft adhäsionsgelenkt in die Mittenstellung gefahren und dort gehalten wird.
Unter einer Nachlaufachse soll dabei 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. Das erfindungsgemäße Lenksystem kann damit auch bei Anhängern, Aufliegern oder einer zweiten gelenkten Vorderachse eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Lenksystem weist ein Ventil auf, das in eine
Fluidverbindung zwischen der Mittenbohrung und dem Öltank geschaltet ist, und das in einer Grundstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und dem Öltank freigibt, und das in einer Arbeitsstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und dem Öltank unterbindet, und bei dem das Steuergerät zum Erkennen von Störungen und im Fall einer Störung zum Schalten des Ventil in seine Grundstellung ausgebildet ist, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung bewegbar ist, in welcher der Kolben die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. Bei einem Ausfall z.B. der Pumpe kann das System durch entsprechende Schaltung des Ventils in einen sicheren Zustand überführt werden. Während das Ventil z.B. im störungsfreien Betrieb des Lenksystems in seiner Arbeitsstellung steht, in welcher der Kolben nur über die Pumpe bewegbar ist, kann es dann, wenn es zu einer Störung kommt, durch Öffnen der Mittenbohrung dessen Bewegung in die Mittenstellung zulassen. In dieser Grundstellung ist das Ventil stromlos geschaltet und lässt sich damit energielos und somit besonders zuverlässig halten, wobei auch die deaktivierte Pumpe keine zusätzliche Energie mehr benötigt. Die Mittenstellung des Kolbens kann zuverlässig gehalten werden, da dieser die Mittenbohrung des Zylinders verschließt und ein weiterer Austritt von Hydraulikflüssigkeit nicht mehr möglich ist. Das Steuergerät kann dabei dazu ausgebildet sein, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit auch den Motor stromlos zu schalten. Die Nachlaufachse wird damit - ab einer gewissen voreinstellbaren Geschwindigkeit - automatisch, d.h. adhäsionsgetrieben in ihre Mittenstellung gefahren und dort gehalten, so dass sich deren Laufräder in Geradeausfahrstellung befinden. Da diese Mittenstellung ohne weiteren Energieaufwand gehalten werden kann, ist die Leistungsaufnahme des Systems minimal.
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.
Die Pumpe 2 saugt über die Nachsaugventile 3, 3.1 Öl aus dem Ölbehälter 6. Da grober Schmutz im Öltank 6 sein kann, sind zur Absicherung zwei Filter 4, 4.1 in der Saugleitung angeordnet. Beim Lenkvorgang fördert die Pumpe 2 über die Zuleitung 7, 7.1 durch die Filter 8, 8.1 und die Rückschlagventile 9, 9.1 Öl in einen Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2.
Jedem Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2 ist ein Rückflussventil 10, 10.1 zugeordnet, welches beim Befüllen des Zylinderraumes 1 1 .1 , 1 1 .2 geschlossen ist. Durch den Druckaufbau in einem Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2 wird das Rückflussventil 10, 10.1 des jeweils anderen Zylinderraumes 1 1 .1 , 1 1 .2 geöffnet und dadurch der
Rückfluss aus dem anderen Zylinderraum 1 1 .1 , 1 1 .2 durch den Filter 5 zum Tank 6 ermöglicht. Das Mittelstellungsventil 12 weist für die geöffnete Schaltstellung einen definierten Durchflußquerschnitt auf, wodurch die Rückstellgeschwindigkeit der
Nachlaufachse genau eingestellt werden kann.
Figur 3 zeigt einen Kolben 14.1 mit einem angebrachten Führungsring 14.3. Der Führungsring 14.3 weist umlaufend diagonal angebrachte Nuten auf, deren Querschnitt sowie Nutabstand so gewählt wurde, dass beim Überfahren der Mittenbohrung ein ausreichender Ölfluss zwischen Führungsring und Zylinderrohr in die Mittenbohrung erreicht wird. Somit hat die Kolbenführung keinen Einfluss auf den Ölfluß über die Mittenbohrung und es ist sichergestellt, dass nur die Kolbendichtung 14.2 die Mittenbohrung verschließen kann.
Figur 4 zeigt, dass anstatt des Führungsrings die Kolbenführung auch direkt durch einen entsprechend ausgeführten Bereich am Kolben 14.1 übernommen werden kann. In diesem Fall können die Nuten für den Ölfluss auch direkt in den Kolben 14.1 eingebracht werden.
In der Figur 5 ist eine Ausführung gezeigt, bei der die Kolbenführung direkt von der Kolbendichtung 14.2 übernommen wird. Die Kolbendichtung wird hierzu breiter ausgeführt und der Kolben direkt neben der Dichtungsnut abgesetzt. Somit können die Kolbenquerkräfte direkt über die primäre Kolbendichtung auf die Zylinderwand übertragen werden. Die darunter liegende sekundäre
Kolbendichtung kann somit nicht deformiert werden, was in diesem Fall zu einem metallischen Anlaufen des Kolbens an der Zylinderlauffläche führen würde.
Im Folgenden werden die verschiedenen Betriebszustände beschrieben.
Geradeausfahrt, höhere Fahrgeschwindigkeit Bei der Geradeausfahrt mit höherer Fahrgeschwindigkeit wird die Nachlaufachse nicht angelenkt sondern muss in der Geradeausstellung gehalten werden.
Die Achse kann hier aktiv durch den Motor gehalten werden, wodurch aber Energie verbraucht wird.
Bevorzugt wird daher die Achse durch im Zylinder 1 1 eingeschlossenes Öl gehalten. Hierbei wird die Achse aktiv vom Motor auf Geradeausfahrtposition zurückgeführt und anschließend das Lenksystem passiv geschaltet, d.h. das Mittelstellungsventil 12 wird geschlossen und sperrt somit zusammen mit den Rückschlagventilen 9 und 9.1 die Zylinderräume ein. Vorteil hierbei ist, dass keine Energie mehr vom Motor benötigt wird.
Aktives Lenken, niedrige Fahrgeschwindigkeit Bei aktivem Lenken wird der Lenkeinschlag der Vorderachse messtechnisch detektiert und an das Steuergerät 1 .1 der Hinterachslenkung übermittelt. Mit diesen und weiteren Parametern z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Sollwert der Hinterachse berechnet und der Motor 1 .2 vom Steuergerät 1 .1 angesteuert. Über den Lagesensor 13 wird der Istwert detektiert und zur
Regelung verwendet.
Dieser treibt direkt eine reversierbare Pumpe 2 an. Diese fördert z.B. in Richtung Zuleitung 7 zur Zylinderseite 1 1 .1 . Die Pumpe 2 saugt immer über die Nachsaugventile 3 und 3.1 gefiltertes Öl aus dem Ölbehälter 6. Durch den Druckaufbau in Zylinderkammer 1 1 .1 wird das Rückflussventil 10.1 geschaltet und der Rückstrom aus Zylinderkammer 1 1 .2 durch den Filter 5 zum Tank 6 ermöglicht.
Die Ansteuerung des Motors 1 erfolgt über einen entsprechenden
Regelalgorithmus bis der Sollwert der Hinterachse erreicht ist.
Ausfall des Lenksystems
Kommt es zu einem Ausfall des Lenksystems (z.B. ein Fehler des Motors 1 .2, Sensors 13 oder des Steuergerätes 1 .1 ) wird Motor 1 .2 abgeschaltet, das
Mittelstellungsventil 12 geht in seine Grundstellung und die Achse wird über die Radkräfte und die gewünschte Dämpfung über die Mittenbohrung 1 1 .3 in die Geradeausfahrtstellung zurückgeführt, d.h. sicherer Zustand. Dort wird die Achse wie nachfolgend erläutert gehalten.
Ausfall bei Geradeausfahrt, höhere Fahrgeschwindigkeit Fällt das System bei der Geradeausfahrt aus, so hat dies keine Auswirkungen, da die Kolbendichtung die Mittelstellungsbohrung verschlossen hat und die
Rückschlagventile 9 und 9.1 keinen Rückfluss des Öls aus dem Zylinder 1 1 ermöglichen, d.h. Zylinder ist hydraulisch blockiert.
Ausfall beim unterstützten Lenken, niedrige Fahrgeschwindigkeit
Fällt das System bei aktivem Lenken aus, so wird der Magnet des
Mittelstellungsventils 12 stromlos geschaltet, wodurch es seine Grundstellung einnimmt. Befindet sich der Kolben in der Geradeausfahrtposition, so kann dieser nicht weiter bewegt werden - demnach bleibt die Achse gehalten.
Ist die Achse ausgelenkt, so besteht bei vielen Fehlerfällen nicht die Möglichkeit die Achse aktiv in Mittelstellung zu bringen. Bei einer Kurvenfahrt wird durch das Stromlosschalten des Mittelstellungsventils 12 verhindert, dass die Achse weiter ausgelenkt, als sie in diesem Moment befindet. Die Achsrückstellkräfte versuchen den Zylinder in Richtung Geradeausfahrt zu bewegen, diese Bewegung wird durch die Mittelstellungsbohrung 1 1 .3 im Zylinder ermöglicht, bis der Kolben die Mittenposition erreicht. Nach Erreichen der Mittenposition wird die Achse in dieser Stellung gehalten, da der Kolben die Mittelstellungsbohrung 1 1 .3 verschließt.
Durch die Mittelstellungsbohrung 1 1 .3 bzw. einer Drossel im Mittelstellungsventil 12 kann die Geschwindigkeit der Achsbewegung im Falle des Ausfalls so eingestellt werden, dass kein kritischer Fahrzustand entsteht.
Für die Zurückbewegung des Kolbens in Richtung der Mittelstellung muss aus dem Tank 6 Öl nachgesaugt werden. Dies erfolgt über die Nachsaugventile 3 und 3.1 sowie die Rückschlagventile 9 und 9.1 .
Bezuqszeichenliste
1.1 Steuergerät
1.2 Elektrischer Motor
2 Pumpe
3/3.1 Nachsaugventil
4/4.1 Filter
5 Filter
6 Tank
7/7.1 Zuleitung
8/8.1 Filter
9/9.1 Rückschlagventil
10/10.1 Rückflussventil
11 Arbeitszylinder
11.1/11.2 Zylinderraum
11.3 Mittelstellungsbohrung
12 Mittelstellungsventil
13 Lagesensor
14.1 Kolben
14.2 Kolbendichtung
14.3 Führungsring

Claims

Patentansprüche
Lenksystem für wenigstens eine Nachlauf- oder Vorlaufachse eines
Fahrzeuges, umfassend:
- einen Lenkwinkelsensor zur Messung eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs,
- einen Fahrgeschwindigkeitssensor zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs,
- einen elektrischen Motor (1 .2), der eine hydraulische Pumpe (2) antreibt,
- einen Arbeitszylinder (1 1 ) zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse, der über Zuleitungen (7 und 7.1 ) mit der hydraulischen Pumpe (2)
verbunden ist,
- ein Steuergerät (1 .1 ), welches mit Hilfe der Daten des Lenkwinkelsensors und des Fahrgeschwindigkeitssensors einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeuges bestimmt und den elektrischen Motor entsprechend ansteuert,
- wobei der Arbeitszylinder (1 1 ) eine Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) aufweist, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (1 1 ) abgebbar ist,
- wobei die Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) des Arbeitszylinders (1 1 ) mit einem Mittelstellungsventil (12) verbunden ist, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann, und
- wobei ein Kolben (14.1 ) in der Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse die Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) verschließt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (14.1 ) eine Kolbendichtung (14.2) und eine Kolbenführung aufweist, wobei die Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) nur durch die
Kolbendichtung (14.2) verschlossen werden kann.
Lenksystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenführung direkt durch einen Bereich am Kolben (14.1 ) übernommen wird und wobei in diesen Bereich diagonale oder axiale Nuten eingebracht sind, die einen ausreichenden Ölfluss zwischen Kolbenführung und Zylinderrohr in die Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) sicherstellen. Lenksystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (14.1 ) für die Kolbenführung einen Führungsring (14.3) aufweist, in welchen diagonale oder axiale Nuten eingebracht sind, die einen ausreichenden Ölfluss zwischen Kolbenführung und Zylinderrohr in die Mittelstellungsbohrung (1 1 .3) sicherstellen.
Lenksystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenführung allein durch die Kolbendichtung (14.2) realisiert ist.
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