DE102024003029B3

DE102024003029B3 - Steering system for a vehicle and motor vehicle equipped with it

Info

Publication number: DE102024003029B3
Application number: DE102024003029.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Röding
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2024-09-19
Filing date: 2024-09-19
Publication date: 2026-02-05
Anticipated expiration: 2044-09-20

Abstract

Ein Lenksystem (10a, 10b) für ein Fahrzeug mit zwei mittels jeweils eigener Lenkantriebe (12a, 12b) individuell gelenkten Rädern, ist dadurch gekennzeichnet, dass beide Lenkantriebe (12a, 12b, 12c, 12d) jeweils ein fahrzeugseitig abgestütztes Hydraulikelement (20a, 20b) umfassen, wobei die Hydraulikelemente (20a, 20b) miteinander hydraulisch koppelbar sind und bei einer hydraulischen Koppelung der Hydraulikelemente (20a, 20b) eine mechanische Koppelung der beiden Lenkantriebe (12a, 12b) erfolgt.
Durch die Integration von zwei miteinander koppelbaren Hydraulikelementen in die jeweiligen Lenkantriebe (12a, 12b) ist es möglich, entweder die Hydraulikelemente (20a, 20b) funktionell kurzzuschließen und damit die Lenkausschläge beider gelenkter Räder individuell einzustellen, oder die Hydraulikelemente (20a, 20b) miteinander zu koppeln und damit eine quasi mechanische Verbindung zwischen beiden Lenkantrieben (12a, 12b) herzustellen, wodurch die Lenkausschläge der beiden gelenkten Räder zueinander synchronisiert werden. A steering system (10a, 10b) for a vehicle with two wheels individually steered by means of their own steering drives (12a, 12b) is characterized in that both steering drives (12a, 12b, 12c, 12d) each comprise a vehicle-side supported hydraulic element (20a, 20b), wherein the hydraulic elements (20a, 20b) can be hydraulically coupled to each other and a hydraulic coupling of the hydraulic elements (20a, 20b) results in a mechanical coupling of the two steering drives (12a, 12b).
By integrating two interconnectable hydraulic elements into the respective steering drives (12a, 12b), it is possible either to functionally short-circuit the hydraulic elements (20a, 20b) and thus individually adjust the steering angles of both steered wheels, or to couple the hydraulic elements (20a, 20b) together and thus create a quasi-mechanical connection between the two steering drives (12a, 12b), thereby synchronizing the steering angles of the two steered wheels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit zwei mittels jeweils eigener Lenkantriebe individuell gelenkter Räder, wobei die Lenkantriebe jeweils eine mit dem jeweiligen Rad verbundene Lenkkinematik aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein mit einem derartigen Lenksystem ausgestattetes Kraftfahrzeug.The invention relates to a steering system for a vehicle with two wheels that are individually steered by means of their own steering drives, wherein each steering drive has a steering kinematic system connected to the respective wheel. The invention further relates to a motor vehicle equipped with such a steering system.

Die DE 10 2005 030 259 A1 betrifft ein Lenksystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und offenbart ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit zwei jeweils individuell gelenkten Rädern, das einen Rückfallbetrieb mit zueinander synchronisierten, gelenkten Rädern bei einer Systemstörung ermöglicht. Durch die Integration von zwei miteinander koppelbaren Hydraulikelementen in die jeweiligen Lenkkinematiken ist es möglich, entweder die Hydraulikelemente funktionell kurzzuschließen und hierdurch unwirksam zu machen und damit die Lenkausschläge beider gelenkter Räder individuell einzustellen, oder die Hydraulikelemente miteinander funktionell zu koppeln und damit eine quasi mechanische Verbindung zwischen beiden Lenkantrieben herzustellen, wodurch die Lenkausschläge der beiden gelenkten Räder zueinander synchronisiert werden.The DE 10 2005 030 259 A1 This relates to a steering system according to the preamble of claim 1 and discloses a steering system for a vehicle with two individually steered wheels, which enables a fallback operation with synchronized steered wheels in the event of a system malfunction. By integrating two interconnectable hydraulic elements into the respective steering kinematics, it is possible either to functionally short-circuit the hydraulic elements, thereby rendering them ineffective and thus allowing the steering angles of both steered wheels to be adjusted individually, or to functionally couple the hydraulic elements to each other, thereby establishing a quasi-mechanical connection between the two steering drives, thus synchronizing the steering angles of the two steered wheels.

Die DE 10 2016 006 088 A1 offenbart eine Einzelradlenkung für ein Kraftfahrzeug mit zwei den beiden Rädern zugeordneten Lenkantrieben, welche auf zugehörige Lenkerstangenhälften wirken. Zwischen den Zahnstangenhälften ist eine Kupplung vorgesehen, durch welche die Zahnstangenhälften starr verbunden werden können.The DE 10 2016 006 088 A1 Disclosing a single-wheel steering system for a motor vehicle, the system comprises two steering drives assigned to the two wheels, which act on corresponding rack and pinion halves. A coupling is provided between the rack and pinion halves, enabling their rigid connection.

Die DE 10 2014 224 970 A1 offenbart eine Einzelradlenkung für die gelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs mit zwei den Rädern zugeordneten Stellmotoren als Lenkantriebe.The DE 10 2014 224 970 A1 Disclosing a single-wheel steering system for the steered wheels of a motor vehicle with two actuators assigned to the wheels as steering drives.

Die DE 198 38 490 A1 offenbart eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer elektromotorischen Hauptlenkeinrichtung sowie einer hydraulischen Notlenkeinrichtung.The DE 198 38 490 A1 discloses a steering device for a motor vehicle comprising an electric main steering device and a hydraulic emergency steering device.

Die DE 10 2013 016 757 A1 offenbart eine Einzelradlenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer mechansiche Koppeleinrichtung für die beiden Räder in einem Notbetrieb.The DE 10 2013 016 757 A1 Disclosing a single-wheel steering system for a motor vehicle with a mechanical coupling device for the two wheels in emergency operation.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lenksystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereitzustellen, das einen mechanischen Diebstahlschutz für das Fahrzeug bereitstellt.The object of the invention is to provide a steering system according to the preamble of claim 1 which provides mechanical theft protection for the vehicle.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention is defined by the features of the independent claims. Advantageous further developments and embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Ventileinrichtung eine Sperrstellung aufweist, in der mindestens eines der Hydraulikelemente und damit die damit gekoppelte Lenkkinematik gesperrt ist Die erfindungsgemäße Ausbildung realisiert einen Diebstahlschutz, da die gelenkten Räder im geparkten Zustand des Fahrzeugs in dem eingestellten Lenkwinkel mechanisch blockiert sind. Dieser zusätzlich zu elektronischen oder im Innenraum verbauten Diebstahlschutzeinrichtungen funktioniert in der Art eines Lenkradschlosses eines Motorrades, bei dem das Fahrzeug nur noch in der Richtung der Lenkradauslenkung bewegbar ist.The problem is solved according to claim 1 in that the valve assembly has a locking position in which at least one of the hydraulic elements, and thus the steering kinematics coupled to it, is locked. The design according to the invention provides theft protection, since the steered wheels are mechanically locked at the set steering angle when the vehicle is parked. This anti-theft device, in addition to electronic or interior-mounted devices, functions like a motorcycle steering lock, where the vehicle can only be moved in the direction of steering wheel deflection.

Wie im Stand der Technik ist es durch die Integration von zwei miteinander koppelbaren Hydraulikelementen in die jeweiligen Lenkkinematiken möglich, entweder die Hydraulikelemente funktionell kurzzuschließen und hierdurch unwirksam zu machen und damit die Lenkausschläge beider gelenkter Räder individuell einzustellen, oder die Hydraulikelemente miteinander funktionell zu koppeln und damit eine quasi mechanische Verbindung zwischen beiden Lenkantrieben herzustellen, wodurch die Lenkausschläge der beiden gelenkten Räder zueinander synchronisiert werden. Die Hydraulikelemente sind dabei gegensinnig miteinander gekoppelt, mit anderen Worten bewirkt ein Einfahren eines der Hydraulikelemente ein Herausfahren des anderen Hydraulikelements, was zur Folge hat, dass die Kopplung funktionell wirkt, als wären die Betätigungsstangen der beiden Hydraulikelemente starr miteinander verbunden. Die Lenkantriebe umfassen auf die gelenkten Räder wirkende Lenkelemente, die jeweils von elektrischen Stellmotoren bewegbar sind und mit dem jeweiligen Hydraulikelement mechanisch verbunden sind. Die Lenkelemente können als Lenkerstange, vorzugsweise als Spindelmutter ausgebildet sein, die am einen Ende direkt oder indirekt an jeweiligen Achsschenkeln der gelenkten Räder angelenkt sind und am anderen Ende mit den Hydraulikelementen verbunden sind. Dabei wird der Lenkausschlag eines Lenkrades des Fahrzeugs (oder ein Lenkwinkelsollwert von einer autonomen Kontrolleinheit des Fahrzeugs) einer Steuerungseinheit zugeführt, die aufgrund kinematischer und kinetischer Forderungen, vorzugsweise über ein Kennfeld, die Parameter für die einzustellenden Lenkwinkel der beiden gelenkten Räder ermittelt und die Stellmotoren entsprechend ansteuert.As in the prior art, by integrating two interconnected hydraulic elements into the respective steering kinematics, it is possible either to functionally short-circuit the hydraulic elements, thereby rendering them ineffective and allowing individual adjustment of the steering angles of both steered wheels, or to functionally couple the hydraulic elements to each other, thus establishing a quasi-mechanical connection between the two steering drives, thereby synchronizing the steering angles of the two steered wheels. The hydraulic elements are coupled in opposite directions; in other words, retracting one hydraulic element causes the other hydraulic element to extend. As a result, the coupling functions as if the actuating rods of the two hydraulic elements were rigidly connected. The steering drives comprise steering elements acting on the steered wheels, each of which is movable by electric actuators and mechanically connected to the respective hydraulic element. The steering elements can be designed as steering rods, preferably as spindle nuts, which are articulated at one end directly or indirectly to the respective steering knuckles of the steered wheels and connected at the other end to the hydraulic elements. In this process, the steering angle of a steering wheel of the vehicle (or a steering angle setpoint from an autonomous control unit of the vehicle) is fed to a control unit which, based on kinematic and kinetic requirements, preferably via a characteristic map, determines the parameters for the steering angles to be set for the two steered wheels and controls the actuators accordingly.

Durch die Hydraulikelemente und die Möglichkeit der Nutzung flexibler Hydraulikleitungen zur Kopplung der Lenkantriebe wird eine insbesondere unter beengten Verhältnissen sehr leistungsfähige und flexible Verbindung zwischen den Lenkantrieben bereitgestellt. Auch können die Freiheitsgrade einer Lenkwinkelverstellung eingeschränkt werden und damit ein Schutz vor Regelungsfehlern bereitgestellt werden. Es kann beispielsweise ein maximaler Lenkwinkelunterschied zwischen beiden Lenkrädern definiert werden, bei dessen Überschreiten eine Zwangskopplung der Lenkantriebe bewirkt wird.The hydraulic elements and the possibility of using flexible hydraulic lines to couple the steering drives create a very efficient and flexible connection between the steering drives, especially in confined spaces. The system provides this capability. Furthermore, the degrees of freedom of steering angle adjustment can be restricted, thus providing protection against control errors. For example, a maximum steering angle difference between the two steering wheels can be defined, and if this difference is exceeded, the steering drives are forced together.

Dabei ist zwischen beiden Hydraulikelementen eine Ventileinrichtung angeordnet, welche ausgebildet ist, die Hydraulikelemente hydraulisch kurzzuschließen oder miteinander zu koppeln. In der Kurzschlussstellung werden beide Seiten jedes Hydraulikelementes miteinander hydraulisch verbunden, um damit das jeweilige Hydraulikelement wirkungslos zu schalten. In der Kopplungsstellung werden die Hydraulikelemente gegensinnig hydraulisch gekoppelt.A valve assembly is arranged between the two hydraulic elements, designed to either hydraulically short-circuit or couple them. In the short-circuit position, both sides of each hydraulic element are hydraulically connected, thus rendering the respective hydraulic element ineffective. In the coupled position, the hydraulic elements are hydraulically coupled in opposite directions.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ventileinrichtung ausgebildet, im elektrisch stromlosen Zustand die Hydraulikelemente zu koppeln. Damit wird bei einem Funktionsausfall, insbesondere einem Spannungsausfall, sichergestellt, dass die beiden gelenkten Räder quasi wie herkömmlich wie mit einer durchgehenden Spurstange starr miteinander gekoppelt sind und damit den gleichen Lenkwinkel aufweisen.According to an advantageous embodiment of the invention, the valve assembly is designed to couple the hydraulic elements in the electrically de-energized state. This ensures that in the event of a malfunction, particularly a power failure, the two steered wheels are rigidly coupled to each other, as if with a continuous tie rod, and thus have the same steering angle.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ventileinrichtung mit einem Ausgleichsreservoir verbindbar. Damit lässt sich ein Ausgleich im Fluidsystem erzielen, insbesondere, wenn die beiden Lenkantriebe unterschiedliche Lenkwinkel einstellen. Vorzugsweise weist das Ausgleichsreservoir eine rückseitige Befederung auf, um eine harmonische Bewegung der Hydraulikelemente und damit des gesamten Lenksystems zu gewährleisten.According to an advantageous embodiment of the invention, the valve assembly can be connected to a compensating reservoir. This allows for equalization within the fluid system, particularly when the two steering drives are set to different steering angles. Preferably, the compensating reservoir has rear springs to ensure smooth movement of the hydraulic elements and thus of the entire steering system.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Lenkantriebe jeweils über einen Freilauf gekoppelte elektrische Stellmotoren auf, so dass bei Ausfall von einem der Stellmotoren in der Kopplungsstellung beide Lenkantriebe mittels des anderen, intakten Stellmotors angetrieben werden können. Auf diese Weise können mittels eines intakten Stellmotors beide gelenkte Räder gemeinsam betätigt werden, so dass der Ausfall eines Stellmotors kompensiert werden kann.According to an advantageous embodiment, the steering drives each have electric actuators coupled via a freewheel, so that if one of the actuators fails in the coupled position, both steering drives can be driven by the other, functioning actuator. In this way, both steered wheels can be actuated together by one functioning actuator, thus compensating for the failure of one actuator.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Hydraulikelemente als Hydraulikzylinder ausgebildet, deren Arbeitsvolumen hydraulisch wirksam verbindbar sind. Diese Hydraulikzylinder werden so miteinander hydraulisch gekoppelt, dass die jeweiligen beiden Arbeitsräume der Hydraulikzylinder mit den gleichen Arbeitsräumen des anderen Hydraulikzylinders unter Zwischenschaltung der Ventileinrichtung verbindbar sind. Beide Arbeitsräume jedes der Hydraulikzylinder sind in einer Entkopplungsstellung der Ventileinrichtung miteinander direkt verbunden, was einen hydraulischen Kurzschluss des Hydraulikzylinders bewirkt.According to an advantageous embodiment of the invention, the hydraulic elements are designed as hydraulic cylinders whose working volumes can be hydraulically connected. These hydraulic cylinders are hydraulically coupled to one another in such a way that the respective two working chambers of the hydraulic cylinders can be connected to the corresponding working chambers of the other hydraulic cylinder via the interposition of the valve assembly. In a decoupling position of the valve assembly, both working chambers of each hydraulic cylinder are directly connected to each other, resulting in a hydraulic short circuit of the hydraulic cylinder.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Lenksystem eine Lenkwinkel-Steuerungseinheit, welche vorzugsweise über ein Kennfeld die Parameter für die einzustellenden Lenkwinkel der gelenkten Räder ermittelt und die Lenkantriebe entsprechend ansteuert. Dabei werden vorzugsweise weitere Parameter wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Längs- und Querbeschleunigung mit berücksichtigt.According to an advantageous embodiment of the invention, the steering system comprises a steering angle control unit, which preferably uses a characteristic map to determine the parameters for the steering angles to be set for the steered wheels and controls the steering drives accordingly. Preferably, further parameters such as vehicle speed, longitudinal and lateral acceleration are also taken into account.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steuert die Lenkwinkel-Steuerungseinheit nur den Lenkantrieb eines kurvenäußeren Rades an während die Hydraulikelemente zur hydraulischen Kopplung angesteuert werden. Bei dieser Ausbildung sind zwei motorisch gesteuerte Lenkantriebe vorhanden, aber zur Energieeinsparung wird nur das kurvenäußere Rad aktiv angestuert, wobei sich die Ventileinrichtung in der Kopplungsstellung befindet, so dass die beiden Lenkantriebe quasi mechanisch gekoppelt sind und damit das kurveninnere Rad über den Stellmotor des kurvenäußeren Rades mitgezogen wird. Dies ist sinnvoll, da nur das kurvenäußere Rad große Seitenkräfte abstützen muss.According to an advantageous embodiment of the invention, the steering angle control unit only controls the steering drive of the outer wheel in a turn, while the hydraulic elements for hydraulic coupling are controlled. In this embodiment, two motor-controlled steering drives are present, but to save energy, only the outer wheel in a turn is actively controlled, with the valve assembly in the coupling position. This effectively mechanically couples the two steering drives, thus drawing the inner wheel along via the actuator of the outer wheel. This is advantageous because only the outer wheel in a turn has to withstand large lateral forces.

Gemäß einer alternativen Ausbildung der Erfindung ist das Fahrzeuglenkrad mechanisch mit einem der beiden gelenkten Räder gekoppelt und der Lenkwinkel des anderen gelenkten Rades ist mittels eines Lenkantriebes einstellbar. Bei dieser Ausbildung hat einer der Lenkantriebe also keinen Stellmotor sondern der Lenkausschlag des Fahrzeuglenkrades wird mechanisch direkt an das betreffende gelenkte Rad weitergeleitet. Der Lenkwinkel des anderen gelenkten Rades wird mittels der Lenkwinkel-Steuerungseinheit ermittelt. Die Lenkwinkel-Steuerungseinheit steuert damit den Stellmotor des zweiten Rades entsprechend an. Die beiden Hydraulikelemente sind im normalen Betriebszustand beide kurzgeschlossen, so dass die Lenkungsstangen der beiden Lenkantriebe vollkommen unabhängig von einander bewegbar sind. Bei dieser Ausbildung kann ein Notfall- bzw. Fallback-Betrieb bei Ausfall des Lenkantriebes dadurch erreicht werden, dass die Hydraulikelemente miteinander hydraulisch gekoppelt werden, weil dadurch die beiden Lenkerstangen quasi mechanisch gekoppelt werden und der defekte Lenkantrieb mittels des direkt angetriebenen Lenkantriebs mit betätigt wird.According to an alternative embodiment of the invention, the vehicle steering wheel is mechanically coupled to one of the two steered wheels, and the steering angle of the other steered wheel is adjustable by means of a steering drive. In this embodiment, one of the steering drives does not have an actuator motor; instead, the steering angle of the vehicle steering wheel is transmitted mechanically and directly to the respective steered wheel. The steering angle of the other steered wheel is determined by the steering angle control unit. The steering angle control unit then controls the actuator motor of the second wheel accordingly. In normal operation, both hydraulic elements are short-circuited, so that the steering rods of the two steering drives can move completely independently of each other. In this embodiment, an emergency or fallback operation in the event of a steering drive failure can be achieved by hydraulically coupling the hydraulic elements to each other. This effectively mechanically couples the two steering rods, and the defective steering drive is actuated by the directly driven steering drive.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die gelenkten Räder Vorderräder und/oder Hinterräder eines Kraftfahrzeugs.According to an advantageous embodiment of the invention, the steered wheels are the front wheels and/or rear wheels of a motor vehicle.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die gelenkten Räder die eines gelenkten Anhängers, beispielsweise eines Personenanhängers für einen Buszug.According to an advantageous embodiment of the invention, the steered wheels are those of a steered trailer, for example a passenger trailer for a bus train.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, das mit einem Lenksystem gemäß einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen versehen ist.The problem according to the invention is also solved by a vehicle, in particular a motor vehicle, which is equipped with a steering system according to one of the embodiments described above.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar für gelenkte Räder eines Anhängers.Further advantages, features, and details will become apparent from the following description, in which—possibly with reference to the drawing—at least one embodiment is described in detail. Identical, similar, and/or functionally equivalent parts are designated with the same reference numerals. The invention is also applicable to steered wheels of a trailer.

Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einer ersten Betriebsstellung;
2: das Lenksystem von 1 in einer zweiten Betriebsstellung;
3: eine zweite Ausführungsform eines Lenksystems.

They show:

1 : a schematic representation of a steering system in a first operating position;
2 : the steering system of 1 in a second operating position;
3 : a second embodiment of a steering system.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems 10a für ein nicht dargestelltes Landfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug. Das Lenksystem 10a umfasst zwei Lenkantriebe 12a, 12b zur Einstellung der Lenkung von zwei nicht dargestellten gelenkten Rädem. Die Lenkantriebe 12a, 12b umfassen jeweils eine Lenkerstange 14a, 14b, deren jeweils eines Ende in einem Kugelkopf 16a, 16b endet, der jeweils mit einem nicht gezeigten Achsschenkel gelenkig verbunden ist. An den verschwenkbaren Achsschenkeln sind wiederum die lenkbaren Räder angebracht. An den jeweiligen anderen Enden der Lenkerstangen 14a, 14b sind diese mit Kolbenstangen 18a, 18b von Hydraulikzylindern 20a, 20b gekoppelt. Zwei Hydraulikkolben 22a, 22b teilen das Innere der Hydraulikzylinder 20a, 20b in jeweils zwei Arbeitsvolumina 24a, 24b, 26a, 26b auf. Die Arbeitsvolumina 24a, 24b sind mittels erster Hydraulikleitungen 28a sowie über eine Ventileinrichtung 30 miteinander verbindbar. Die Arbeitsvolumina 26a, 26b sind mittels zweiter Hydraulikleitungen 28b ebenfalls über die Ventileinrichtung 30 miteinander verbindbar. 1 Figure 1 shows a schematic representation of a steering system 10a for a land vehicle (not shown), in particular a motor vehicle. The steering system 10a comprises two steering actuators 12a, 12b for adjusting the steering of two steered wheels (not shown). The steering actuators 12a, 12b each comprise a steering rod 14a, 14b, one end of which terminates in a ball joint 16a, 16b, each of which is pivotally connected to a steering knuckle (not shown). The steerable wheels are mounted on the pivotable steering knuckles. At the respective other ends of the steering rods 14a, 14b, these are coupled to piston rods 18a, 18b of hydraulic cylinders 20a, 20b. Two hydraulic pistons 22a, 22b divide the interior of the hydraulic cylinders 20a, 20b into two working volumes 24a, 24b, 26a, 26b. The working volumes 24a, 24b can be connected to each other by means of first hydraulic lines 28a and a valve assembly 30. The working volumes 26a, 26b can also be connected to each other by means of second hydraulic lines 28b and the valve assembly 30.

Die Ventileinrichtung 30 kann ferner die zweiten Hydraulikleitungen 28b über eine dritte Hydraulikleitung 28c mit einem befederten Ausgleichsreservoir 32 verbinden.The valve assembly 30 can also connect the second hydraulic lines 28b to a spring-loaded compensating reservoir 32 via a third hydraulic line 28c.

Die Lenkerstangen 14a, 14b stehen jeweils mit einem Kugelgewindetrieb 34a, 34b mit Freilauf in Eingriffsverbindung, der wiederum jeweils über ein Reduziergetriebe 36a, 36b mit einem Stellmotor 38a, 38b gekoppelt ist. Mittels der Stellmotoren 38a, 38b werden also im Normalbetrieb die Lenkwinkel der beiden gelenkten Räder individuell eingestellt. The steering rods 14a, 14b are each engaged with a ball screw drive 34a, 34b with freewheel, which in turn is coupled via a reduction gear 36a, 36b to an actuator 38a, 38b. Thus, in normal operation, the steering angles of the two steered wheels are individually adjusted by means of the actuators 38a, 38b.

Eine Lenkwinkel-Steuerungseinheit 40 steuert die Stellmotoren 38a, 38b sowie die Ventileinrichtung 30 an. Die Lenkwinkel-Steuerungseinheit 40 bekommt von einem nicht gezeigten Lenkrad-Sensor oder von einem autonomem Kontrollsystem des Fahrzeugs einen gewünschten Lenkwinkelsollwert und ermittelt daraus für beide Räder die einzustellenden Lenkwinkel, welche dann an die Stellmotoren 38a, 38b kommandiert werden. Natürlich ist die Lenkwinkel-Steuerungseinheit 40 mit nicht gezeigten Sensoren verbunden, welche den tatsächlich anliegenden Lenkwinkel der Räder für eine Regelung zurückmelden.A steering angle control unit 40 controls the actuators 38a and 38b, as well as the valve assembly 30. The steering angle control unit 40 receives a desired target steering angle value from a steering wheel sensor (not shown) or from the vehicle's autonomous control system and uses this value to determine the steering angles to be set for both wheels. These angles are then commanded to the actuators 38a and 38b. Naturally, the steering angle control unit 40 is connected to sensors (not shown) that provide feedback on the actual steering angle of the wheels for control purposes.

In 1 ist das Lenksystem 10a in einer ersten Betriebsstellung der Ventileinrichtung 30 dargestellt, welche hier als Entkopplungsstellung bezeichnet ist, weil die beiden Hydraulikzylinder 20a, 20b dadurch entkoppelt sind, dass die Hydraulikleitungen 28a und 28c des in der Zeichnung linken Hydraulikzylinders 20a miteinander hydraulisch verbunden sind, so dass der Hydraulikzylinder 20a hydraulisch kurzgeschlossen ist, da bei Betätigung der Lenkerstange 14a aus dem Arbeitsvolumen 24a austretendes Hydraulikfluid über die Hydraulikleitungen 28a und 28c wieder auf die andere Seite des Hydraulikkolbens 22a in das Arbeitsvolumen 26a zurückströmt. Das gleiche passiert auf der rechten Seite beim Lenkantrieb 12b analog durch die Verbindung der Hydraulikleitungen 28b und 28d. Dadurch sind die beiden Lenkantriebe 12a, 12b unabhängig voneinander, die beiden Lenkerstangen 14a, 14b lassen sich unabhängig voneinander bewegen, so dass die Lenkwinkel der beiden angebundenen Räder von der Lenkwinkel-Steuerungseinheit 40 individuell bestimmt und über die beiden Stellmotoren 38a, 38b eingestellt werden können. In dieser Entkopplungsstellung ist das Ausgleichsreservoir 32 über die Hydraulikleitung 28e mit in den Hydraulikkreisläufen eingebunden, da die Arbeitsvolumina 24a, 24b aufgrund der darin befindlichen Kolbenstangen 18a, 18b ein geringeres Volumen aufweisen als die bezüglich der Hydraulikkolben 22a, 22b gegenüberliegenden zweiten Arbeitsvolumina 26a, 26b, weswegen Hydraulikflüssigkeit aus den Kreisläufen entfernt oder zugeführt werden muss.In 1 The steering system 10a is shown in a first operating position of the valve assembly 30, which is referred to here as the decoupling position because the two hydraulic cylinders 20a and 20b are decoupled by the hydraulic lines 28a and 28c of the hydraulic cylinder 20a on the left in the drawing being hydraulically connected to each other, so that the hydraulic cylinder 20a is hydraulically short-circuited, since when the steering rod 14a is actuated, hydraulic fluid exiting the working volume 24a flows back to the other side of the hydraulic piston 22a into the working volume 26a via the hydraulic lines 28a and 28c. The same thing happens analogously on the right side at the steering drive 12b by connecting the hydraulic lines 28b and 28d. This allows the two steering drives 12a, 12b to operate independently, and the two steering rods 14a, 14b to move independently, so that the steering angles of the two connected wheels can be individually determined by the steering angle control unit 40 and adjusted via the two actuators 38a, 38b. In this decoupling position, the compensating reservoir 32 is integrated into the hydraulic circuits via the hydraulic line 28e, since the working volumes 24a, 24b, due to the piston rods 18a, 18b located within them, have a smaller volume than the second working volumes 26a, 26b opposite the hydraulic pistons 22a, 22b, which necessitates the removal or addition of hydraulic fluid to the circuits.

2 zeigt das gleiche Lenksystem 10a in einer zweiten Betriebsstellung, die hier als Kopplungsstellung der Ventileinrichtung 30 bezeichnet ist, weil die beiden Lenkantriebe 12a, 12b miteinander gekoppelt sind. In dieser Kopplungsstellung der Ventileinrichtung 30 sind die Hydraulikleitungen 28a und 28b miteinander hydraulisch gekoppelt und die Hydraulikleitungen 28c und 28d ebenfalls. In dieser Kopplungsstellung sind also die Hydraulikzylinder 20a, 20b miteinander hydraulisch auf eine Art gekoppelt, die wie eine mechanische Verbindung der beiden Lenkerstangen 14a, 14b wirkt. Damit sind die Lenkantriebe 12a, 12b zwangsverbunden. Die Kopplungsstellung wirkt damit als Rückfallebene im Fall eines Ausfalls von Bauteilen bei einem der Lenkantriebe 12a, 12b. 2 Figure 10a shows the same steering system in a second operating position, which is referred to here as the coupling position of the valve assembly 30, because the two steering drives 12a and 12b are coupled together. In this coupling position of the valve assembly 30, the hydraulic lines 28a and 28b are hydraulically coupled to each other and the Hydraulic lines 28c and 28d are also connected. In this coupled position, the hydraulic cylinders 20a and 20b are hydraulically coupled to each other in a way that acts like a mechanical connection between the two steering rods 14a and 14b. This results in the steering drives 12a and 12b being positively connected. The coupled position thus acts as a backup in case of a component failure in one of the steering drives 12a or 12b.

In 3 ist eine alternative Ausbildung eines Lenksystems 10b dargestellt, bei dem der Lenkantrieb 12c eine direkte mechanische Kopplung eines Fahrzeuglenkrades über eine Lenkstange 42 und ein Lenkergetriebe 44 mit der am gelenkten Rand gekoppelten Lenkerstange 14a bewirkt. Der in 3 auf der rechten Seite gezeigte Lenkantrieb 12d entspricht hingegen dem Lenkantrieb 12a und 12b aus der Ausbildung gemäß der 1 und 2. Bei diesem Lenksystem 10b wird also der in der Figur links dargestellte Lenkantrieb 12c und damit das damit gekoppelte Rad direkt mechanisch über das Fahrzeuglenkrad bewegt, während das zweite Rad über den rechten Lenkantrieb 12d betätigt wird. Dabei befindet sich die Ventileinrichtung 30 in der in 1 gezeigten Entkopplungsstellung, so dass die Lenkerstangen 14a und 14b unabhängig voneinander bewegt werden.In 3 An alternative design of a steering system 10b is shown, in which the steering drive 12c effects a direct mechanical coupling of a vehicle steering wheel via a steering rod 42 and a steering gear 44 with the steering rod 14a coupled at the steered edge. The in 3 The steering drive 12d shown on the right, however, corresponds to the steering drives 12a and 12b from the training according to the 1 and 2 In this steering system 10b, the steering drive 12c shown on the left in the figure, and thus the wheel coupled to it, is moved directly mechanically via the vehicle's steering wheel, while the second wheel is actuated via the steering drive 12d on the right. The valve assembly 30 is located in the 1 shown decoupling position, so that the handlebars 14a and 14b are moved independently of each other.

Sofern der elektrisch angetriebene rechte Lenkantrieb 12d einen Bauteilausfall, beispielsweise des Stellmotors 38b erleidet, wird die Ventileinrichtung 30 in die in 2 gezeigte Kopplungsstellung gebracht, so dass die beiden Hydraulikzylinder 20a, 20b zwangsgekoppelt sind und die Lenkungsstange 14b des rechten Lenkantriebs 12d quasi mechanisch durch die Lenkstange 42 mitbetätigt wird.If the electrically driven right steering drive 12d suffers a component failure, for example of the actuator 38b, the valve assembly 30 is moved into the 2 The coupling position shown is brought into such a state that the two hydraulic cylinders 20a, 20b are positively coupled and the steering rod 14b of the right steering drive 12d is quasi mechanically actuated by the steering rod 42.

Die Ventileinrichtung 30 kann bei beiden Lenksystemen 10a, 10b eine dritte Betriebsstellung einnehmen, bei der ein Teil der Hydraulikleitungen 28a, 28b, 28c, 28d oder alle versperrt sind, so dass einer der oder beide Hydraulikzylinder 20a, 20b nicht bewegbar sind und damit eine Diebstahlabsicherung bereitgestellt wird, weil die Lenkeinschläge der Räder blockiert sind.The valve assembly 30 can assume a third operating position in both steering systems 10a, 10b, in which part of the hydraulic lines 28a, 28b, 28c, 28d or all of them are blocked, so that one or both of the hydraulic cylinders 20a, 20b cannot be moved and thus a theft protection is provided because the steering angles of the wheels are blocked.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been further illustrated and explained in detail by means of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived from them by a person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exist. It is also clear that the embodiments mentioned as examples are truly only examples and are not to be understood in any way as limiting, for example, the scope of protection, the possible applications, or the configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable a person skilled in the art to implement the exemplary embodiments in concrete terms. With knowledge of the disclosed inventive concept, a person skilled in the art can make numerous modifications, for example, regarding the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, without departing from the scope of protection defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.

BezugszeichenlisteReference symbol list

10a,b10a,b: LenksystemSteering system
12a,b,c,d12a,b,c,d: LenkantriebSteering drive
14a,b14a,b: Lenkerstangehandlebar
16a, b16a, b: Kugelkopfball head
18a, b18a, b: Kolbenstangepiston rod
20a, b20a, b: Hydraulikzylinderhydraulic cylinder
22a, b22a, b: Hydraulikkolbenhydraulic piston
24a,b24a,b: ArbeitsvoluminaWork volumes
26a,b26a,b: ArbeitsvoluminaWork volumes
28a,b,c,d,e28a,b,c,d,e: HydraulikleitungenHydraulic lines
3030: VentileinrichtungValve assembly
3232: AusgleichsreservoirCompensation reservoir
34a, b34a, b: Kugelgewindetriebball screw drive
36a, b36a, b: ReduziergetriebeReduction gear
38a,b38a,b: Stellmotoractuator
4040: Lenkwinkel-SteuerungseinheitSteering angle control unit
4242: Lenkstangehandlebar
4444: LenkergetriebeSteering gear

Claims

Steering system (10a, 10b) for a vehicle with two wheels individually steered by means of their own steering drives (12a, 12b), wherein the steering drives (12a, 12b, 12d) each have a steering kinematics connected to the respective steered wheel, wherein both steering drives (12a, 12b, 12c, 12d) each comprise a vehicle-side supported hydraulic element (20a, 20b), wherein the hydraulic elements (20a, 20b) are hydraulically coupleable with each other and, in the case of hydraulic coupling of the hydraulic elements (20a, 20b), a mechanical coupling of the two steering drives (12a, 12b) takes place and a valve assembly (30) is arranged between the two hydraulic elements (20a, 20b), which is configured to (20a, 20b) hydraulically short-circuit or couple with each other and the valve device (30) in a decoupling position hydraulically short-circuits both hydraulic elements (20a, 20b) so that both steering kinematics can be actuated individually, and in a coupling position hydraulically couples both hydraulic elements (20a, 20b) so that the mechanical coupling of the two steering kinematics is effected, characterized in that the valve device (30) has a locking position in which at least one of the hydraulic elements (20a, 20b) and thus the steering kinematics coupled to it is locked.

Steering system (10a, 10b) according to Claim 1 , characterized in that the valve assembly (30) is designed to couple the hydraulic elements (20a, 20b) in the electrically de-energized state.

Steering system (10a, 10b) according to Claim 1 , characterized in that the valve assembly (30) can be connected to a compensating reservoir (32).

Steering system (10a, 10b) according to Claim 3 , characterized in that the compensating reservoir (32) has a rear spring.

Steering system (10a, 10b) according to Claim 4 , characterized in that the steering drives (12a, 12b, 12d) each have electric actuators (38a, 38b) coupled via a freewheel, so that if one of the actuators (38a, 38b) fails in the coupled position both steering drives (12a, 12b, 12c, 12d) can be driven by the other actuator (38b, 38a).

Steering system (10a, 10b) according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic elements (20a, 20b) are designed as hydraulic cylinders whose working volumes can be hydraulically connected.

Steering system according to Claim 1 , characterized in that it comprises a steering angle control unit (40) which determines the parameters for the steering angles to be set of the steered wheels via a characteristic map and controls the steering drives (12a, 12b, 12d) accordingly.

Steering system according to Claim 7 , characterized in that the steering angle control unit (40) only controls the steering drive (12a, 12b) of an outer wheel and the hydraulic elements (20a, 20b) for hydraulic coupling.

Steering system (10b) according to Claim 7 , characterized in that a vehicle steering wheel is mechanically coupled to one of the two steered wheels and the steering angle of the other steered wheel is adjustable by the steering angle control unit (40) via the associated steering drive (12d).

Steering system according to Claim 1 , characterized in that the steered wheels are front wheels and/or rear wheels of a motor vehicle.

Steering system according to Claim 1 , characterized in that the steered wheels are those of a steered trailer.

Vehicle comprising a steering system according to any of the preceding claims.