DE102008025154A1

DE102008025154A1 - Verfahren zur Druckbegrenzung innerhalb einer Zylinderkammer eines hydraulischen Systems und entsprechendes System

Info

Publication number: DE102008025154A1
Application number: DE200810025154
Authority: DE
Inventors: Guido Liesenfeld
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Bei einem Verfahren zum Begrenzen eines innerhalb einer Zylinderkammer (13a, 13b) eines hydraulischen Aktuators herrschenden Drucks eines hydraulischen Systems (1), insbesondere eines Lenksystems, mit einer Fluiddruckquelle (7) für die Zylinderkammer (13a, 13b) sowie wenigstens einer Einrichtung (27a, 27b) zum Bestimmen eines Drucks, ist vorgesehen, daß der innerhalb der Zylinderkammer (13a, 13b) herrschende Druck in einem Betriebszustand des Systems (1) bestimmt wird und daß der in der Zylinderkammer (13a, 13bb) herrschende Druck auf einen Referenzdruck gesteuert wird. Bei einem System (1), insbesondere Lenksystem, mit einem hydraulischen Aktuator (13) mit wenigstens einer Zylinderkammer (13a, 13b), einer Fluiddruckquelle (7) und einer Einrichtung (27a, 27b) zum Bestimmen eines in der Zylinderkammer (13a, 13b) in einem Betriebszustand des Systems (1) herrschenden Drucks, ist eine Einrichtung (3) zum Steuern des in der Zylinderkammer (13a, 13b) herrschenden Drucks auf einen Referenzdruck vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begrenzen eines innerhalb einer Zylinderkammer eines hydraulischen Aktuators herrschenden Drucks eines hydraulischen Systems, insbesondere eines Lenksystems, mit einer Fluiddruckquelle für die Zylinderkammer sowie wenigstens einer Einrichtung zum Bestimmen eines Druckes, wobei der innerhalb der Zylinderkammer herrschende Druck in einem Betriebszustand des Systems bestimmt wird. Die Erfindung betrifft auch ein System, insbesondere Lenksystem, mit einem hydraulischen Aktuator mit wenigstens einer Zylinderkammer, einer Fluiddruckquelle und einer Einrichtung zum Bestimmen eines in der Zylinderkammer in einem Betriebszustand des Systems herrschenden Drucks.
Aus der Praxis sind Lenksysteme mit hydraulischen Aktuatoren bekannt. Als Beispiele hierfür seien konventionelle hydraulische Servolenkungen (HPS) und elektrisch betriebene hydraulische Servolenkungen (EHPS) sowie elektrohydraulische Lenkungen (EHS) genannt. Bei derartigen Lenksystem sowie anderen hydraulischen Systemen sind grundsätzlich Sicherheitssysteme vorzusehen, mittels welcher eine drohende Überlastung des hydraulischen Kreises erkannt und vermieden werden können, da im Überlastungsfall Leckagen des Kreislaufs auftreten und z. B. zu einem Ausfall der Lenkunterstützung durch das Lenksystem oder auch zu einem Ausfall des gesamten Lenksystems bzw. Systems allgemein führen können. Ein solcher, möglicherweise schädlicher Überdruck entsteht beispielsweise bei konventionellen Servolenkungen (HPS) und elektrisch betriebe nen hydraulischen Servolenkungen (EHPS), wenn bei geschlossenem Lenkventil Kräfte über die Räder eingeleitet werden.
Aus der Praxis sind daher auch Sicherheitseinrichtungen wie beispielsweise Pumpenregelungen und mechanische Druckbegrenzungsventile bekannt. Diese bekannten Einrichtungen zielen in der Regel jedoch auf eine Begrenzung des Vorlaufdrucks ab und können deshalb die Zylinderkammern selbst jedoch nicht gegen Überdruck schützen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zum Begrenzen eines innerhalb eines hydraulischen Systems herrschenden Drucks anzugeben. Ferner soll erfindungsgemäß ein entsprechendes System angegeben werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der in der Zylinderkammer herrschende Druck auf einen Referenzdruck gesteuert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem System der eingangs genannten Art eine Einrichtung zum Steuern des in der Zylinderkammer herrschenden Drucks auf einen Referenzdruck vorgesehen.
Unter einem hydraulischen Aktuator wird erfindungsgemäß jedes hydraulisch betätigbare Bauelement verstanden. Insbesondere zählen hierzu Linear-Aktuatoren, Kolben-Zylinder-Elemente und dergleichen.
Unter einem hydraulischen System wird jede dem Fachmann bekannte Baugruppe verstanden, innerhalb welcher mittels hydraulischen Drucks eine Bewegung, insbesondere eine gezielte und ganz besonders eine lineare Bewegung eines Bauteils bewirkt oder erwirkt werden kann.
Unter einem Lenksystem wird erfindungsgemäß ein hydraulisches System zum Lenken im allgemeinen und zum Lenken eines Kraftfahrzeugs im speziellen verstanden. Beispiele für Lenksysteme, welche zu den erfindungsgemäßen Lenksystemen zählen, umfassen konventionelle Servolenkungen (HPS), elektrisch betriebene hydraulische Servolenkungen (EH PS) und elektrohydraulische Lenkungen (EHS).
Unter einer Fluiddruckquelle wird erfindungsgemäß jede geeignete Vorrichtung zum Abgeben von Energie mittels eines Fluids, beispielsweise eines Hydrauliköls, verstanden. Als Beispiel sei hierzu eine Hydraulikpumpe genannt.
Unter einer Einrichtung zum Bestimmen eines Drucks wird erfindungsgemäß eine Anordnung verstanden, mittels welcher ein Druck und insbesondere ein Zylinderkammer-Innendruck in Erfahrung gebracht werden kann. Hierunter fällt neben dem Messen eines Drucks auch dessen Errechnung aus weiteren Parametern oder Meßwerten, welche sogar aus einer anderen Messung als einer Druckmessung hervorgegangen sein können. Auch das Berechnen oder Abschätzen des Drucks fällt erfindungsgemäß unter den Begriff des Bestimmens eines Drucks. Jede hierzu geeignete Vorrichtung, beispielsweise Druckmeßsensoren und/oder eine geeignete Recheneinheit, fällt erfindungsgemäß somit unter den Begriff einer Einrichtung zum Bestimmen eines Drucks.
Unter einem Betriebszustand des Systems wird jeder Zustand verstanden, bei welchem der Druck innerhalb einer betrachteten Zylinderkammer einen bestimmten Wert annehmen oder überschreiten kann. Unter Betriebszustand wird somit erfindungsgemäß ganz allgemein ein Zustand verstanden, bei welchem aufgrund auf das System einwirkender oder innerhalb des Systems auftretender Ereignisse eine Druckveränderung innerhalb der betrachteten Zylinderkammer, und insbesondere eine möglicherweise für das System schädliche Druckänderung, entstehen kann.
Unter Referenzendruck wird erfindungsgemäß jeder Wert verstanden, mit welchem der mittels der Einrichtung zum Bestimmen eines Drucks bestimmte Druck zum Feststellen eines möglicherweise schädigenden oder potentiell gefährlichen Zustands in der betrachteten Zylinderkammer verglichen wird. Der Referenzwert kann ein vorbestimmter Wert im Sinne eines in einem Speicher oder in einer Referenztabelle abgelegten Druckwertes sein. Er kann jedoch auch ein sich aus bestimmten Umständen des Betriebs des Systems ergebender Druckwert sein. Unter Referenzdruck ist ferner ein sich an anderer Stelle des Systems, insbesondere des Lenksystems, ergebender Druck zu verstehen.
Unter Steuern des in der jeweils betrachteten Zylinderkammer herrschenden Drucks wird erfindungsgemäß jede Einflußnahme auf den bestimmten Druck verstanden, mittels welcher eine Relation zum Referenzdruck unter Veränderung des herrschenden oder zu erwartenden Drucks in der Praxis erzielbar ist. Das Steuern des Drucks umfaßt somit beispielsweise ein Absenken des in der Zylinderkammer herrschenden Drucks und/oder ein Begrenzen des herrschenden Drucks zur Vermeidung des Überschreitens des Referenzdrucks. Unter Steuern des in der jeweils betrachteten Zylinderkammer herrschenden Drucks wird erfindungsgemäß somit ein gezieltes oder ungezieltes Absinkenlassen oder aktives Absenken des in der betrachteten Zylinderkammer herrschenden Drucks verstanden, im Einzelfall auch ein Anheben. Relevant ist, daß eine beabsichtigte Relation zum Referenzdruck erzielt wird. Der Begriff des Steuern umfaßt erfindungsgemäß auch ein Regeln des Drucks, beispielsweise auf den Referenzdruck.
Erfindungsgemäß kann der Druck in einer der Zylinderkammer dadurch begrenzt werden, daß in einer ersten Stufe die Pumpe so gesteuert wird, daß der Druck in der Zylinderkammer einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Wenn dies nicht ausreichend ist, um den Druck in der Zylinderkammer nicht übermäßig ansteigen zu lassen, kann in einer zweiten Stufe ein Sicherheitsventil geöffnet werden, das eine Verbindung zwischen den beiden Zylinderkammern herstellt, so daß das Hydraulikfluid von der Kammer mit höherem Druck in die Kammer mit niedrigerem Druck strömen kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
So wird in einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, eine der betrachteten Zylinderkammer mittels der Fluiddruckquelle zugeführte Förderleistung und/oder -menge herabzusetzen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht ein Ablassen von Hydraulikfluid aus der betrachteten Zylinderkammer vor; auch ein Öffnen eines im hydraulischen System vorgesehenen Sicherheitsventils zur Erzielung einer Druckentlastung der betrachteten Zylinderkammer, welches in einer wiederum weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist, dient vorteilhaft dem Steuern des in der betrachteten Zylinderkammer herrschenden Drucks auf einen Referenzdruck.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Fluidverbindung zwischen der ersten und einer zweiten Zylinderkammer des System ermöglicht. Unter dem Begriff „ermöglichen” wird erfindungsgemäß ein Öffnen einer bereits bestehenden, bislang jedoch undurchgängigen Fluidleitung verstanden. Dies kann beispielsweise durch das Öffnen eines Ventils erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform detaillierter beschrieben. Dabei wird Bezug genommen auf die beigefügte einzige Zeichnung, in der ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem schematisch dargestellt ist.
Das hydraulische System 1 enthält eine Steuer- oder Recheneinheit (ECU) 3, einen Motor 5, eine vom Motor 5 angetriebenen Hydraulikpumpe 7 sowie einen mittels Leitungen 9, 11 mit Hydraulikfluid beaufschlagten Fluidaktuator bzw. Aktuator 13.
Das hydraulische System 1 weist ferner eine elektrische Energiequelle 15, ein Controller Area Network (CAN) 17, eine hydraulische Vorspanneinrichtung 19 sowie ein Sicherheits- und Druckbegrenzungsventil 21 auf. Das System 1 verfügt ferner über dem Fachmann geläufige Leitungen und Verbindungen, die – da nicht erfindungsrelevant – nicht einzeln bezeichnet wurden. Ferner weist das System 1 in seiner speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems als Lenksystem eine Einrichtung 23 zum mechanischen Betätigen des Aktuators 13 beispielsweise nach Ausfall des hydraulischen Drucks auf.
Der Aktuator 13 weist eine erste Zylinderkammer 13a und eine zweite Zylinderkammer 13b auf. Durch entsprechende Druckverhältnisse in den Zylinderkammern 13a, 13b über die Leitungen 9 und 11 kann eine Kolbenstange 25 verstellt werden. Es handelt sich dabei um ein elektrohydraulisches Servolenksystem, bei dem die Hydraulikpumpe reversibel betätigt wird, um die Lenkunterstützungskraft in der gewünschten Richtung bereitzustellen. Die Hydraulikpumpe ist dabei „starr” über die Hydraulikleitungen mit dem Fluidaktuator 13 verbunden.
Es sind Drucksensoren 27a und 27b vorgesehen, um den Druck der ersten Zylinderkammer 13a und der zweiten Zylinderkammer 13b zu messen. Ergibt das Meßergebnis für die eine und/oder die andere der Zylinderkammern 13a, 13b, daß ein Druck vorliegt oder zu erwarten ist, welcher größer als ein beispielweise in einer Speichereinheit gespeicherte Referenzdruck ist, so kann mittels der Steuereinheit 3 als Einrichtung zum Steuern des Drucks in der ersten Zylinderkammer – wobei es hierbei unerheblich ist, ob dies die Zylinderkammer 13a oder die Zylinderkammer 13b ist – für ein Begrenzen des in den Kammern auftretenden Drucks auf maximal den Referenzdruck gesorgt werden durch ein Herabsetzen einer mittels der Fluiddruckquelle 7 den Zylinderkammern 13a, 13b, zugeführten Förderleistung oder Fördermenge. Es ist jedoch auch möglich, mittels der Steuereinheit 3 ein Ablassen von Hydraulikfluid aus der ersten und/oder zweiten Zylinderkammer 13a, 13b zu steuern, wie dies beispielsweise durch ein Betreiben der Fluiddruckquelle 7 in einem Reversbetrieb mit Saug- statt Pumpwirkung möglich ist. Auch ein Öffnen des Sicherheits- und Druckbegrenzungsventils 21 kann zum Steuern des in den Kammern herrschenden Drucks verwendet werden, indem ein Druckabfall oder eine Druckbegrenzung zugelassen wird. Im Falle eines Überdrucks kann das Sicherheitsventil 21 öffnen, wobei dies je nach Ventilausführung wahlweise beispielsweise über eine Proportional- als auch eine Zweipunktregelung erfolgen kann. Schließlich ist es möglich, mittels des Sicherheitsventils 21 oder eines anderen, in 1 nicht dargestellten Ventils, eine Fluidverbindung 29 zwischen der ersten Zylinderkammer 13a und der zweiten Zylinderkammer 13b herzustellen bzw. zu eröffnen für eine Fluidströmung.
Vorzugsweise arbeitet das System zweistufig, indem zuerst eine Druckbegrenzung bzw. -verminderung durch geeignete Ansteuerung der Hydraulikpumpe 7 versucht wird. Stellt sich heraus, daß eine Verringerung der Förderleistung nicht ausreichend ist, wird in einer zweiten Stufe das Sicherheitsventil 21 geöffnet. Dies kann nötig werden, wenn beispielsweise von außen so hohe Kräfte auf die Kolbenstange 25 einwirken, daß sich auch bei abgeschalteter Hydraulikpumpe, also bei einer Förderleistung von Null, ein übermäßig hoher Druck ergibt.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich vorteilhaft durch ein Vermeiden eines unerwünschten oder gar schädlichen Drucks innerhalb einer oder mehrerer Zylinderkammern aus. Zudem weist sie einen weiteren wesentlichen Vorteil dahingehend auf, daß zu ihrer Umsetzung in bereits bestehenden hydraulischen Systemen und insbesondere Lenksystemen keine nennenswerten oder überhaupt keine baulichen Änderungen vorgesehen werden müssen. Es genügt für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung oftmals, bereits vorhandene Baugruppenelemente entsprechend anzusteuern bzw. abzufragen.

1: hydraulisches System
3: Steuereinheit (ECU)
5: Motor
7: Hydraulikpumpe
9, 11: Leitungen
13: Aktuator
13a: erste Zylinderkammer
13b: zweite Zylinderkammer
15: Energiequelle
17: CAN
19: hydraulische Vorspanneinrichtung
21: Sicherheitsventil
23: Einrichtung zum mechanischen Betätigen des Aktuators
25: Kolbenstange
27a, 27b: Drucksensoren
29: Fluidverbindung

Claims

Verfahren zum Begrenzen eines innerhalb einer Zylinderkammer (13a, 13b) eines hydraulischen Aktuators herrschenden Drucks eines hydraulischen Systems (1), insbesondere eines Lenksystems, mit einer Fluiddruckquelle (7) für die Zylinderkammer (13a, 13b) sowie wenigstens einer Einrichtung (27a, 27b) zum Bestimmen eines Druckes, mit dem Schritt: – Bestimmen des innerhalb der Zylinderkammer (13a, 13b) herrschenden Drucks in einem Betriebszustand des Systems (1); gekennzeichnet durch den Schritt: – Steuern des in der Zylinderkammer (13a, 13b) herrschenden Drucks auf einen Referenzdruck.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt: – Herabsetzen einer der Zylinderkammer (13a, 13b) mittels der Fluiddruckquelle (7) zugeführten Förderleistung und/oder Fördermenge.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt: – Ablassen von Hydraulikfluid aus der Zylinderkammer (13a, 13b).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, gekennzeichnet durch den Schritt: – Öffnen eines im hydraulischen System (1), insbesondere Lenksystem, vorgesehenen Sicherheitsventils (21).
Verfahren nach einem der vorgegangenen Ansprüchen, gekennzeichnet durch den Schritt: – Ermöglichen einer Fluidverbindung (29) zwischen einer ersten und einer zweiten Zylinderkammer (13a, 13b) des Systems.
System (1), insbesondere Lenksystem, mit einem hydraulischen Aktuator (13) mit wenigstens einer Zylinderkammer (13a, 13b), einer Fluiddruckquelle (7) und einer Einrichtung (27a, 27b) zum Bestimmen eines in der Zylinderkammer (13a, 13b) in einem Betriebszustand des Systems (1) herrschenden Drucks, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3) zum Steuern des in der Zylinderkammer (13a, 13b) herrschenden Drucks auf einen Referenzdruck.
System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3) zum Veranlassen eines Herabsetzens einer der Zylinderkammer (13a, 13b) mittels der Fluiddruckquelle (7) zugeführten Förderleitung und/oder Fördermenge in Abhängigkeit von dem in einer der Zylinderkammern (13a, 13b) herrschenden Druck.
System nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3) zum Veranlassen eines Ablassens von Hydraulikfluid aus der Zylinderkammer (13a, 13b) in Abhängigkeit des in der Zylinderkammer (13a, 13b) herrschenden Drucks.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3) zum Veranlassen eines Öffnens eines im System vorgesehenen Sicherheitsventils (21) in Abhängigkeit des in der Zylinderkammer (13a, 13b) herrschenden Drucks.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3) zum Ermöglichen einer Fluidverbindung (29) zwischen einer ersten und einer zweiten Zylinderkammer (13a, 13b) in Abhängigkeit von dem in einer der Zylinderkammern (13a, 13b) herrschenden Druck.