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Die
Erfindung betrifft eine Lenkhilfevorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Art.
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Eine
Lenkhilfevorrichtung dieser Art ist bei Straßenfahrzeugen, vorzugsweise
im Personenkraftwagenbau eingeführt.
Die bekannte Lenkhilfevorrichtung, auch Servolenkung genannt, weist
eine Kombination eines Pumpenaggregats mit einem doppelseitig wirkenden
Arbeitszylinder auf, die beide unter Zwischenschaltung von Ventilbaugruppen
auf vorherbestimmte Weise miteinander zusammenwirken. Die Ansteuerung
kann durch eine vom Fahrer betätigte Lenkeinrichtung
erfolgen. Diese ist direkt mechanisch verbunden mit den gleichfalls
zwangsgekoppelten lenkbaren Fahrzeugrädern.
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Mit
hydraulischer Unterstützung
arbeitende Servolenkungen einfacher Bauart neigen jedoch zu Druckstößen, die
auf das Lenksystem zurückwirken. Deshalb
ist in
EP 427 029 B1 vorgeschlagen
worden, die Pumpe mit einem Druckspeicher zu verbinden. Ferner sollen
in die Verbindungsleitungen von den Steuerventilen zum Arbeitszylinder
Elemente zum Dämpfen
von Druckstößen eingebaut
werden. Der zusätzliche
Druckspeicher und die Dämpferelemente sind
kostenaufwändige
Bauteile.
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Die
Dämpferelemente
und der Druckspeicher in den Zuleitungen des Arbeitszylinders sprechen
auch bei Rückwirkungen
von Arbeitszylinder an und machen die Lenkung schwammig und führen zu einem
Verlust des gewohnten Lenkgefühls.
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Nach
der
EP 0 999 971 B1 soll
gleichfalls mit der Pumpe ein Druckspeicher kombiniert werden, während die
Ansteuerung durch kombinierte 3/3-Wegeventile erfolgt, die gleichzeitig
die Funktion eines einstellbaren Druckbegrenzungsventils haben.
Die vorgeschlagenen 3/3-Wegeventile
haben eine Mittelstellung, in der alle Anschlüsse des Systems voneinander
getrennt sind. Die Mittelstellung wird dabei ausschließlich benutzt,
um eine Sperrstellung zu erhalten, die ein manuelles Lenken unmöglich macht. Bei
Störungen
der Steuereinheit sollen die Zuleitungen zum Arbeitszylinder drucklos
und mit dem Fluidbehälter
verbunden sein.
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Andere
bekannte Lenkeinrichtungen werden zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit
mit einem Pumpenaggregat ausgeführt,
in das ein Druckbegrenzungsventil integriert ist. Nachteilig dabei
ist, dass bei Maximaleinschlag der Lenkung kein Fluidstrom durch
Ventil- und Kühlbaugruppen
fließt
und deshalb der gesamte Volumenstrom der Pumpe über das Druckbegrenzungsventil
strömen
muss. Dies verursacht ebenfalls thermische Probleme.
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Eine
unter der Bezeichnung Servotroniclenkung bekannte Ausführungsform
einer Lenkhilfevorrichtung verwendet für die eigentliche Steuerung
des doppelt wirkenden Arbeitszylinders ein Ventil mit Drehschieber.
Derartige Drehschieber müssen
zur Sicherstellung der Funktion mit außerordentlicher Präzision gefertigt
werden. Das gleiche gilt für
die Drehschieber-Ventilanordnung sowie darin enthaltene Taschen
bzw. Anschlussbohrungen. Zur Sicherstellung notwendiger Anpassungen
ist es notwendig, noch weitergehende maßliche und geometrische Anpassungen
vorzunehmen, die auch bei Anwendung neuester Technologien kostenaufwändig und
nicht immer erfolgreich sind. Die vorgeschlagenen Drehschieberventile
schalten immer in direkter Abhängigkeit
von der Geometrie des Ventils und stets beide Anschlüsse gleichzeitig.
Nachteilig an dieser Art der Drehschieberventilausführung ist,
dass nur dann eine Lenkhilfeunterstützung erfolgt wenn tatsächlich eine
Auslenkung der Lenkeinrichtung erfolgt. Einflussnahmen auf das Unterstützungsverhalten
unabhängig
von der Auslenkung der Lenkeinrichtung sind insoweit nicht möglich. Ein
weiteres Problem besteht in der Kennzeichnung der entsprechenden
Einzelteile und deren zuverlässige
Kombination zum fertigen Drehschieberventil bzw. dessen Zuordnung
zu einem bestimmten Fahrzeugtyp. Ebenso kann die Vorratshaltung
für Ersatzbedarf
bei der Vielzahl Ausführungsformen
problematisch sein.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das bisher verwendete
Drehschieberventil durch kostengünstigere
und das erforderliche Betriebsverhalten besser, jedoch mindestens
gleichwertig, erfüllende
Baugruppen bei gleichzeitiger Beibehaltung des gewohnten Lenkgefühls zu ersetzen. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das im Nebenstrom liegende
Volumenstromregelventil entbehrlich zu machen.
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Diese
Aufgabe wird für
die Lenkhilfevorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die
Unteransprüche
bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die verwendeten Drehschieberventile
herstellungstechnisch und kostenseitig enorm aufwändig sind,
die Verwendung einfacher herstellbarer Ventilbaugruppen sowie die
Auflösung
des Hauptsteuerventils in Einzelbausteine in Verbindung mit einer
veränderten
Ausgestaltung der Anlage und des Steuergerätes selbst erhebliche Vorteile
bringt.
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Insbesondere
wurde gefunden, dass ein ausgeglichenes Lenkverhalten durch die
mechanische Entkopplung der beiden Wegeventile und deren ausschließliche Ansteuerung
mit elektrischen Signalen die Möglichkeit
bietet, unter Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilbaugruppen das
Lenkverhalten so anzupassen, dass das Verhalten des vorgeschlagenen
Systems an verschiedene Fahrzeuge ebenso angepasst werden kann,
wie an bestimmte Fahrsituationen.
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Nach
der Erfindung wird ein von einer Pumpe geförderter Fluidstrom durch eine
Druckleitung den Anschlüssen
zweier 3/2-Wegeventile zugeführt. Die
Konstanthaltung des Volumenstroms erfolgt dabei in bekannter Weise
durch ein der Pumpe nachgeschaltetes, als Stromregelventil bekanntes,
Volumenstromregelventil. Die beiden 3/2-Wegeventile sind ihrerseits über den
Ventilausgang mit einem Arbeitszylinder verbunden.
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In
vorteilhafter Weise kann dies ein linear wirkender Arbeitszylinder
mit doppelseitiger Kolbenstange sein. In ihrer Grundstellung verbinden
die 3/2-Wegeventile den Anschluss des Arbeitszylinders mit der Rücklaufleitung,
so dass im Arbeitszylinder kein Fluiddruck entstehen kann. Dies
gilt auch dann, wenn die Pumpe einen Volumenstrom fördert. In
diesem Schaltzustand, der in etwa einem Fahrzeug mit stehendem Motor
oder außer
Betrieb gesetzter Pumpe entspricht, ist die Servolenkung gleichfalls
außer Betrieb.
Ein Lenken ist bei wesentlich erhöhten Bedienkräften trotzdem
möglich.
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Im
allgemeinen Betriebszustand eines fahrenden Fahrzeugs und bei einer
einen Fluidstrom fördernden
Pumpe sind die 3/2-Wegeventile durch Steuersignale in die Mittelstellung
bewegt worden. Dort werden sie schwebend gehalten. In dieser Schaltstellung
ist der Längsschieber
gerade so ausgelenkt, dass sich ein gleicher Öffnungsquerschnitt zwischen
Pumpenanschluss und dem jeweiligem Anschluss des Arbeitszylinders
und zwischen demselbigen und dem Rücklaufanschluss einstellt.
Werden beide 3/2-Wegeventile in der beschriebenen Schaltstellung
gehalten, so teilt sich der von der Pumpe geförderte Fluidstrom zu gleichem
Anteil zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen auf. Diese besondere Schaltstellung
der beiden 3/2-Wegeventile führt
zu einem ausgeglichenen Druckverhältnis in den beiden Kammern
des Arbeitszylinders.
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Sind
an einer Lenkeinrichtung Lenkbewegungen notwendig, so werden beide
der 3/2-Wegeventile aus der Mittelstellung ausgelenkt. Entsprechend
der Richtung der Lenkbewegung wird eines der beiden 3/2-Wegeventile
in der Art ausgelenkt, dass der Öffnungsquerschnitt
zwischen Pumpenanschluss und Anschluss zur jeweiligen Kammer des Arbeitszylinders
verringert und im gleichen Ausmaß der Öffnungsquerschnitt des jeweiligen
anderen 3/2-Wegeventil
zwischen Pumpenanschluss und Anschluss der gegenüberliegenden Kammer des Arbeitszylinders
vergrößert wird.
Durch diese Schaltstellung wird das Druckgleichgewicht gestört und der Kolben
des Arbeitszylinders beginnt sich zu bewegen.
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Die
beiden 3/2-Wegeventile werden elektrisch, vorzugsweise über elektromagnetische
Betätigungen,
ausgelenkt. Die Steuersignale werden von einer Steuereinheit geliefert,
die diese aus Sensorsignalen ableitet, die von der Lenkeinrichtung
kommen. Dabei werden die Steuersignale nach vorgegebenen Algorithmen
mit Hilfe von elektrischen oder elektronischen Schaltelementen,
vorzugsweise jedoch durch in der Steuereinheit vorhandene Rechner und
durch die zu deren Betrieb dort abgelegten Programmprodukte erzeugt.
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Die
3/2-Wegeventile sind als Ventile mit Längsschieber ausgelegt und können sowohl
als Einzelgeräte
als auch in einer Version für
den Bohrungseinbau (Cartridge) verwendet werden. Sie besitzen aufgrund
ihrer Bauweise Anpassungsmöglichkeiten an
Erfordernisse, die sich aus Anlagenkonstruktion und Betrieb ergeben.
Da sie durch Signale einer Steuereinheit angesteuert werden, können sie
in vorteilhafter Weise im Komplex mit der Steuereinheit optimiert
werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
verwendet für
die 3/2-Wegeventile die Ausführung
für Bohrungseinbau
und einen beide aufnehmenden Verkettungsblock.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind in den Verkettungsblock noch ein Druckbegrenzungsventil sowie
ein 2/2-Wegeventil integriert. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich, dass
der Fluidstrom bis zum Druckbegrenzungsventil eine größere Leitungslänge durchqueren
muss. Ergibt sich dabei ein für
die Ausführung
von Arbeitsvorgängen
unzulässig
hoher Druck, wird dieser über
das Druckbegrenzungsventil in die Rücklaufleitung abgeleitet und
in jedem Fall über
den vorhandenen Ölkühler zurückgekühlt. Dadurch
werden unzulässige
Erwärmungen
des Fluids vermieden. Dabei ist es eine Optimierungsaufgabe, das
Schaltverhalten mit den Erfordernissen aus dem Betrieb des Fahrzeuges
in Übereinstimmung
zu bringen. Das zusätzlich
angeordnete 2/2-Wegeventil
ist als Notventil für
den Fall vorgesehen, dass die beiden 3/2-Wegeventile unzulässige Schaltkombinationen haben,
mechanische Schäden
aufweisen oder durch Fehlfunktionen anderer Bauelemente falsch angesteuert
wurden. Bei dem 2/2-Wegeventil handelt es sich um eine Bauform mit
Federrückstellung,
so dass die Sperrstellung dieses Ventils nur durch Anlegen einer
Spannung, eines Signals zu erreichen ist. Das in Sperrstellung betriebene
2/2-Wegeventil wird beim Auftreten einer Störung umgeschaltet und stellt
eine Leitungsverbindung zwischen Druck- und Rücklaufleitung her. In diesem
Fall kann durch Aufbringen erhöhter
Lenkkräfte
an der Lenkeinrichtung eine Notlenkung erreicht werden. Fällt am Fahrzeug
beispielsweise die Spannung aus, geht dieses Ventil durch die Federrückstellung
sofort in die Grundstellung zurück
und schaltet die Verbindung zwischen Druck- und Rücklaufleitung
frei.
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Die
Lenkeinrichtung ist mit wenigstens einem Sensor ausgestattet, der
an die Steuereinheit Signale über
die Intensität
der Lenkbewegung liefert. Vorzugsweise wird die Lenkeinrichtung
mit einem Drehmomenten und zusätzlich
mit einem Drehwinkelsensor ausgestattet. Die Signale beider Sensoren erlauben
es der Steuereinheit, die Lenkbewegung nach Auslenkung und Intensität zu erfassen
und das Verhalten der Servolenkung entsprechend abzustimmen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, die 3/2-Wegeventile
mit einem Schaltstellungssensor auszustatten, der die Schaltstellung
des Längsschiebers
erfasst. Ebenso kann in die Zuleitung zum Arbeitszylinder je ein
Drucksensor integriert sein, der den durch Schaltvorgänge entstehenden
Druckauf- bzw. -abbau ermittelt. Damit kann die Steuereinheit die
Betriebsverhältnisse
der Servolenkung erfassen und selbst bei kleineren Abweichungen
im Betriebsverhalten entsprechende Anpassungen des Betriebsregimes
vornehmen. Letztlich ist es Optimierungsaufgabe für das Steuergerät und die darin
abgelegten Programmprodukte.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und in
der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen
verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In
der Zeichnung bedeutet:
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1 eine
schematische Darstellung der verwendeten Servolenkung;
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2 die
Darstellung des in Richtung Rücklaufanschluss
geöffneten
Längsschiebers
sowie der zugehörigen
Arbeitspunkte im Diagramm;
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3 die
Darstellung der Mittelstellung des verwendeten Längsschiebers sowie der zugehörigen Arbeitspunkte
im Diagramm, und
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4 die
Darstellung des in Richtung Pumpenanschluss geöffneten Längsschiebers des verwendeten
3/2-Wegeventils sowie der zugehörigen Arbeitspunkte
im Diagramm.
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Die
erfindungsgemäße Lenkhilfevorrichtung 100 weist
eine Pumpe 16 auf, die ein Fluid aus dem Fluidbehälter 17 gegen
ein Volumenstromregelventil 15 fördert, wobei der nach dem Volumenstromregelventil 15 vorhandene
Volumenstrom einer gewünschten
Gesetzmäßigkeit
entspricht. Nach dieser Hydraulikversorgung 200 ist in
die Leitung ein Dehnschlauch 14 eingefügt, der Druckstöße abbauen
hilft.
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Die
Druckleitung 10 ist mit einem ersten 3/2-Wegeventil 6 und
einem zweiten 3/2-Wegeventil 36 verbunden. Beide Wegeventile 6 und 36 befinden sich
innerhalb einer Ventilanordnung 23. Dadurch kann der Aufwand
für Verbindungsleitungen
minimiert werden. Vom ersten 3/2-Wegeventil 6 ist über die
Leitung 5 die Zylinderkammer 4b des doppelseitig wirkenden
Arbeitszylinders 4 angeschlossen. Das zweite 3/2-Wegeventil 36 ist über die
Leitung 37 mit der Zylinderkammer 4c des doppelt
wirkenden Arbeitszylinders 4 verbunden.
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Über eine
Koppelstange 3 ist der Arbeitszylinder 4 mit dem
hier nur schematisch dargestellten Lenkgetriebe 2 verbunden.
Wird an der Lenkeinrichtung 1, vorzugsweise an dem üblichen
Lenkrad, eine Drehbewegung erzeugt, wird diese über das Lenkgetriebe 2 und
die Koppelstange 3 direkt an den Arbeitszylinder 4 übermittelt.
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Die
Lenkeinrichtung 1 ist mit einem Drehwinkelsensor 21 und
einem Drehmomentsensor 22 ausgestattet, die beide ihre
Messsignale an eine Steuereinheit 20 übermitteln. Die dabei gewonnenen
Informationen über
den Winkel der Lenkradbewegung sowie über die Intensität der Bewegung
des Lenkrades werden durch die Steuereinheit 20 ausgewertet
und entsprechende Steuersignale an die 3/2-Wegeventile 6 und 36 ausgesendet.
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Die
3/2-Wegeventile 6 und 36 sind über 4 Anschlüsse mit
der Druckleitung 10, die Rücklaufleitung 42 und
die Verbindungsleitung 5 zum Arbeitszylinder 4 – Anschluss 27 und 53 – verbunden,
wobei die Verbindungsleitung im 3/2-Wegeventil 36 das Bezugszeichen 37 statt 5 aufweist.
Die Verbindungsleitung 5 verbindet den Arbeitsraum 4b des
Arbeitszylinders 4 mit dem 3/2-Wegeventil 6, während Verbindungsleitung 37 den
Arbeitsraum 4c des Arbeitszylinders 4 mit dem
3/2-Wegeventil 36 verbindet.
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Bei
den 3/2-Wegeventilen 6 und 36 handelt es sich
um Schieberventile mit Federrückstellung, wobei
im Ausgangszustand eine Verbindung zwischen Rücklaufleitung 42 und
Verbindungsleitung 5 sowie beim 3/2-Wegeventil 36 eine Verbindung
zwischen Rücklaufleitung 42 und
Verbindungsleitung 37 besteht. In diesem Zustand ist der
Arbeitszylinder 4 drucklos geschaltet und es kann manuell
gelenkt werden. Durch die Lenkhilfevorrichtung 100 erfolgt keine
Kraftunterstützung.
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Wird
die Lenkhilfevorrichtung 100 in Betrieb genommen, sendet
die Steuereinheit 20 zunächst an die 3/2-Wegeventile 6 und 36 Steuersignale
aus, wodurch die elektromagnetischen Stelleinheiten 7 und 39 die
Längs schieber
soweit verschieben, dass eine Mittelstellung schwebend eingenommen
wird. In dieser Schaltstellung ist der Längsschieber 32 in
der Art ausgelenkt, dass sich die Öffnungsquerschnitte zwischen
dem Pumpenanschluß 28 und
dem jeweiligen Zylinderkammeranschluß 27 und zwischen
Zylinderkammeranschluß 27 und
dem Rücklaufanschluß 50 in
gleich großem
Ausmaß einstellen.
Diese symmetrische Schaltstellung führt dazu, dass sich der von der
Pumpe 16 geförderte
Volumenstrom zu gleichen Anteilen zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen 6 und 36 aufteilt
und sich somit ein ausgeglichenes, niedriges Druckniveau in den
beiden Kammern 4b und 4c des Arbeitszylinders
einstellt.
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Erhält die Steuereinheit 20 vom
Drehwinkel- 21 und/oder Drehmomentsensor 22 wegen
einer Betätigung
der Lenkeinrichtung 1 Messsignale, sendet sie an die 3/2-Wegeventile 6 und 36 Steuersignale aus,
durch die die elektromagnetischen Stelleinheiten 7 und 39 die
beiden Längsschieber 32 aus
der Mittelstellung auslenken. Je nach Art der Bewegung an der Lenkeinrichtung 1 werden
die beiden 3/2-Wegeventile 6 oder 36 wie beschrieben
angesteuert, wodurch sich einer der beiden Längsschieber 32 in Richtung
Rücklaufanschluss 50 öffnet und
im gleichen Ausmaß der
jeweilig andere Längsschieber
in Richtung Rücklaufanschluss 50 schließt. Durch
diese Schaltstellung wird das ausgeglichene Druckniveau in den Kammern 4b und 4c des
Arbeitszylinders gestört
und der Kolben 4a beginnt sich zu bewegen. Die Intensität der Lenkbewegung
bestimmt dabei die Amplitude der Auslenkung der beiden Längsschiebers 32 und
folglich die resultierende Druckdifferenz.
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Die
3/2-Wegeventile 6 und 36 sind zur Sicherstellung
der Funktionen des Systems mit Mess- und Kontrolleinrichtungen ausgestattet.
Beim 3/2-Wegeventil 6 ist
dies ein Schaltstellungssensor 8, sowie ein Drucksensor 9,
der in die Verbindungsleitung 5 angeschlossen ist. Beim
3/2-Wegeventil 36 ist dies entsprechend der Schaltstellungssensor 40 sowie
der Drucksensor 41 mit Verbindung zur Verbindungsleitung 37.
Die durch die Sensoren 8, 9, 40 und 41 gelieferten
Messsignale werden ebenfalls von der Steuereinheit 20 ausgewertet
und in entsprechende Steuersignale umgesetzt.
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Treten
bei der Auswertung der Schaltstellungen Fehler auf, kann die Steuereinheit 20 entweder die
3/2-Wegeventile 6 und 36 neu ansteuern oder sie kann
bei Fortbestehen eines Störungszustandes
das 2/2-Wegeventil 12 ansteuern
und eine Notabschaltung vornehmen. Hierbei handelt es sich um ein
Ventil, das gleichzeitig eine elektromagnetisch betätigte Stelleinheit 44 und
eine Federrückstellung 43 besitzt. In
der durch die Federrückstellung 43 erzwungenen Schaltstellung,
die gleichzeitig die Grundstellung ist, besteht im 2/2-Wegeventil 12 eine
Leitungsverbindung. Der dadurch entstehende Kurzschluss macht das
System drucklos, so dass keine ungewollten Bewegungen des Arbeitszylinders 4 durch
eventuelle Fehlschaltungen der 3/2-Wegeventile 6 und 36 entstehen
können.
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Ferner
ist zwischen Druckleitung 10 und Rücklaufleitung 42 ein
Druckbegrenzungsventil 13 eingeschaltet, durch das der
Maximaldruck in seiner Höhe
begrenzt wird.
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Die
erfindungsgemäße Servolenkung
kann durch entsprechende Auslenkung der 3/2-Wegeventile 6 und 36 jeden
beliebigen Arbeitspunkt einnehmen. Im folgenden sind wesentliche
3 charakteristische Arbeitspunkte beschrieben:
- – In dem
in 2 gezeigten Auslenkungszustand ist einer der beiden
Längsschieber 32 der
beiden 3/2-Wegeventile 6 bzw. 36 derart ausgelenkt, dass
der Öffnungsquerschnitt
zwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 auf
ein Minimum reduziert und folglich der Öffnungsquerschnitt zwischen
dem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 auf ein
Maximum erweitert ist. Beim jeweilig anderen 3/2-Wegeventil 6 bzw. 36 wird
der Längsschieber 32 gegensätzlich derart
ausgelenkt, dass der Öffnungsquerschnitt
zwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 auf
ein Maximum erweitert und der Öffnungsquerschnitt
zwischen dem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 auf
ein Minimum reduziert ist (siehe 4.) Stationär betrachtet
sind die Summen der Öffnungsquerschnitte
pro Wegeventil 6 und 36 allerdings gleich, sodass
sich im stationären
Betriebszustand der von der Pumpe 16 kommende Volumenstrom
zu gleichen Anteilen zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen 6 und 36 aufteilt.
Da die einzelnen Öffnungsquerschnitte
allerdings maximal asymmetrisch sind, wird sich auch ein maximaler
Druckniveauunterschied zwischen den Zylinderkammern 4b und 4c einstellen.
- – In
der in 3 sichtbaren schwebenden Mittelstellung ist der
Längsschieber 32 in
der Art ausgelenkt, dass sich die Öffnungsquerschnitte zwischen
dem Pumpenanschluss 28 und dem jeweiligen Zylinderanschluss 27 und
zwischen Zylinderkammeranschluss 27 und dem Rücklaufanschluss 50 in
gleich großem
Ausmaß einstellen.
Da die einzelnen Öffnungsquerschnitte
symmetrisch sind, ist der Druckniveauunterschied zwischen den einzelnen
Zylinderkammern 4b und 4c zu Null.
- – In
dem in 4 gezeigten Auslenkungszustand ist einer der beiden
Längsschieber 32 der
beiden 3/2-Wegeventile 6 bzw. 36 derart ausgelenkt, dass
der Öffnungsquerschnitt
zwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 auf
ein Maximum erweitert und folglich der Öffnungsquerschnitt zwischen
dem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 auf ein
Minimum reduziert ist. Beim jeweilig anderen 3/2-Wegeventil 6 bzw. 36 wird
der Längsschieber 32 gegensätzlich derart
ausgelenkt, dass der Öffnungsquerschnitt
zwischen Pumpenanschluss 28 und Zylinderkammeranschluss 27 auf
ein Minimum reduziert und der Öffnungsquerschnitt
zwischen dem Zylinderkammeranschluss 27 und Rücklaufanschluss 50 auf
ein Maximum erweitert ist. Stationär betrachtet sind die Summen
der Öffnungsquerschnitte
pro Wegeventil 6 und 36 allerdings gleich, sodass
sich im stationären
Betriebszustand der von der Pumpe 16 kommende Volumenstrom
zu gleichen Anteilen zwischen den beiden 3/2-Wegeventilen 6 und 36 aufteilt.
Da die einzelnen Öffnungsquerschnitte
allerdings maximal asymmetrisch sind, wird sich auch ein maximaler
Druckniveauunterschied zwischen den Zylinderkammern 4b und 4c einstellen.
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Die
Steuereinheit 20 der erfindungsgemäßen Servolenkung ist so ausgestaltet,
dass sie aus dem innerhalb der Lenkhilfevorrichtung 100 ermittelten
Messsignalen die im jeweiligen Betriebszustand notwendigen Steuersignale
generiert und an die jeweiligen Stelleinheiten 7, 39 oder 44 aussendet.
Dies geschieht unter Einbeziehung der in der Steuereinheit 20 vorhandenen
Hardware, vorzugsweise vorhandene Rechnerbausteine, sowie der zusätzlichen dort
abgelegten Programmprodukte, mit deren Hilfe die Hardware nach einprogrammierten
Algorithmen arbeitet. Die Steuereinheit 20 kann dabei eine
spezifische Hardware Ausstattung haben oder aus einem Steuerrechner
bestehen, der seinerseits zusätzlich vorhandene
Leistungsstufen ansteuert, die die für die Steuersignale notwendigen
Leistungsparameter haben. Es besteht ferner die Möglichkeit,
die Steuereinrichtung so auszulegen, dass sie auch außerhalb
der vorhandene Mess- oder Steuersignale empfängt, auswertet und Steuersignale
generiert.
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Die
vorzugsweise verwendeten 3/2-Wegeventile 6, 36 sind
wiederum vorzugsweise als Bohrungseinbauventile (Cartrige) ausgeführt und
bestehen im Wesentlichen aus einem Einbaugehäuse 46, einem darin
laufenden Längsschieber 32 sowie
einem Elektromagneten 26. Am oberen Ende 47 des Längsschiebers 32 ist
ein Magnetkern 48 angeordnet, der im Zusammenwirken mit
dem Elektromagneten 26 die Verstellung des Längsschiebers 32 bewirkt.
Die Bohrung 27 bildet den Anschluss für den Arbeitszylinder 4,
während
Bohrung 28 den Anschluss für die Druckleitung 10 bildet.
Die Bohrung 49 des Gehäuses 46 der
Ventilanordnung nimmt den Längsschieber 32 auf
und bildet in Verbindung mit einer koaxialen Bohrung im Längsschieber 32 den
Anschluss für
die Rücklaufleitung 42 aus.
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Die
Bohrungen 49 und 50 sind über eine Querbohrung 51 miteinander
verbunden.
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Sobald
das Steuersignal für
die Ansteuerung des 3/2-Wegeventils 6, 36 ausbleibt,
wird es durch die Feder 29 in Grundstellung zurück bewegt.
Dabei wird über
den Anschluss 53 die Kammer 45 mit Fluid aus dem
Arbeitszylinder 4 über
die Verbindungsleitungen 5, 37 gefüllt und
so der Rückstellvorgang
beschleunigt.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass die bekannte
Technologie heutiger Drehschieberventile auf elektromagnetisch betätigte Längsschieberventile übertragen
wurde. Dabei wurde das, mechanisch betätigte Drehschieberventil das als
4/3-Wegeventil mit offener Mitte ausgeführt ist, durch zwei getrennte,
elektromagnetisch betätigte, 3/2-Wegeventile
ebenfalls mit offener Mitte ersetzt. Genauso wie bei heutigen Drehschieberventilen
wird ein permanenter Volumenstromfluß über die Steuerkanten der 3/2-Wegeventile zugelassen.
Dies führt zu
einem Lenkgefühl
welches jenem heutige bekannter Servolenkungen entspricht.
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Die
Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass unabhängig von
der Auslenkung an der Lenkhilfeeinrichtung eine Unterstützungs-Wirkung
am Arbeitszylinder aufgebracht werden kann. Ferner sind die erfindungsgemäßen 3/2-Wegeventile wesentlich
einfacher aufgebaut und damit kostengünstiger herstellbar als heute
bekannte Drehschieberventile.
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Ein
weiterer wesentlichster Vorteil besteht darin, dass durch die aufgetrennte
Anordnung der Ventile die hydraulische Unterstützung auf jeder Seite des Arbeitszylinder
unabhängig
voneinander eingestellt werden kann. Dadurch kann die Steifigkeit des
Systems beliebig variiert werden.
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Ein
besonderer Vorzug der Erfindung liegt zusätzlich darin, dass im oder
am mechanischen Durchtrieb bzw. in oder an der Zwangsverbindung zwischen
Lenkhandhabe und den damit gelenkten Fahrzeugrädern keine hydraulischen Steuerorgane mit
reibungsbehafteten Dichtringen angeordnet sein müssen. Dementsprechend wird
bei der Erfindung ein Lenksystem mit geringer Hysterese bei Lenkmanövern mit
aufeinanderfolgenden Lenkungswechseln gewährleistet.
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- 100
- Lenkhilfevorrichtung
- 200
- Hydraulikversorgung
- 1
- Lenkeinrichtung
- 2
- Lenkgetriebe
- 3
- Koppelstange
- 4
- Arbeitszylinder
- 4a
- Kolben
- 4b
- Arbeitsraum – links
- 4c
- Arbeitsraum – rechts
- 5
- Verbindungsleitung
- 6
- 3/2-Wegeventil
- 7
- Stelleinheit
- 8
- Schaltstellungs-Sensor
- 9
- Druck-Sensor
- 10
- Druckleitung
- 11
- Rückstellfeder
- 12
- 2/2-Wegeventil
- 13
- Druckbegrenzungsventil
- 14
- Dehnschlauch
- 15
- Volumenstromregelventil,
variabel
- 16
- Pumpe
- 17
- Fluidbehälter
- 18
- Filter
- 19
- Ölkühler
- 20
- Steuereinheit
- 21
- Drehwinkel-Sensor
- 22
- Drehmoment-Sensor
- 23
- Ventilanordnung
- 24
- Kolbensegment
- 25
- Außengehäuse
- 26
- Elektromagnet
- 27
- Leitungsanschluss
- 28
- Leitungsanschluss
- 29
- Druckfeder
- 30
- Anschlussbohrung
- 31
- Koaxiale
Bohrung
- 32
- Längsschieber
- 33
- Permanentmagnet
- 34
- Druckleitungsanschluss
- 35
- Ventilblock
- 36
- 3/2-Wegeventil
- 37
- Verbindungsleitung
- 38
- Rückstellfeder
- 39
- Stelleinheit
- 40
- Schaltstellungs-Sensor
- 41
- Druck-Sensor
- 42
- Rücklaufleitung
- 43
- Rückstellfeder
- 44
- Stelleinheit
- 45
- Kammer
- 46
- Einbaugehäuse
- 47
- oberes
Ende des Längsschiebers 32
- 48
- Magnetkern
- 49
- Anschluss
- 50
- Bohrung
- 51
- Querbohrung
- 52
- Kolbensegment
- 53
- Leitungsanschluss