DE19804091C1 - Lenkungssystem für Kraftfahrzeuge mit zwei Lenkkreisläufen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkungssystem für Kraftfahrzeuge nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Solche Lenksysteme werden insbesondere in Kraftfahrzeu­ gen mit hohen Sicherheitsanforderungen eingesetzt.

Es ist bereits bekannt, Lenksysteme mit zwei parallelen Lenkkreisläufen auszubilden, bei denen der eine Kreis­ lauf als Arbeitskreis und der andere Kreislauf als Re­ servekreis ausgelegt ist und der Reservekreis in Funk­ tion tritt, wenn der Arbeitskreis aus Havariegründen ausfällt.

Ein solches Zweikreis-Lenksystem ist beispielsweise aus der DE 40 31 969 C2 bekannt. Dieses Lenksystem besitzt einen kompletten Hauptkreis und einen kompletten Hilfs­ kreis mit je einem Behälter, einer Pumpe und einer hy­ drostatischen Lenkeinheit sowie einem gemeinsamen Lenkmotor und einem gemeinsamen Lenkhandrad. Das Lenk­ handrad ist über eine Umschaltvorrichtung mit beiden Lenkeinheiten verbunden, wobei eine Vorzugsstellung zur Lenkeinheit des Hauptkreises besteht. Mit diesem Zwei­ kreis-Lenksystem wird gewährleistet, daß bei einem auf­ tretenden Fehler im Hauptkreis das Lenksystem mit Hilfe des Hilfskreises betriebsfähig bleibt.

Allerdings ist dieses Zweikreis-Lenksystem auf Grund der erforderlichen zwei kompletten Lenkeinheiten sehr auf­ wendig und kostenintensiv. Von besonderem Nachteil ist auch die zur Umschaltung erforderliche Kupplungseinheit. Sie ist durch ihre hydraulische Umschaltung und durch die mechanische Kupplung kompliziert und unterliegt durch ihre Mechanik einem hohen Verschleiß. Das führt zu einer ungenauen Funktion und zu einem erhöhten Ausfall­ risiko. Damit steht das angestrebte Ziel einer sicheren Lenkungsfunktion in Frage.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Lenkungssystem der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das einfach und kostengünstig in der Ausführung ist und das sicherstellt, daß die Lenkeinrichtung weiterarbei­ tet, wenn einer der beiden Lenkkreise ausfällt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Lenkungssy­ stem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkma­ len der Ansprüche 2 und 3.

Das neue Lenkungssystem beseitigt die genannten Nachtei­ le des Standes der Technik.

So benötigt es nur eine modifizierte Lenkeinheit für beide Lenkkreise. Das macht das gesamte Lenkungssystem einfach im Aufbau und kostensparend in der Herstellung. Durch die mechanische Verbindung beider Dosierpumpen wird ein absoluter Gleichlauf erzielt. Da keine mechani­ schen Schaltvorrichtungen verwendet werden, treten auch keine Übertragungsschlupfe auf. Das Lenkverhalten bleibt auch bei einem Fehler im Hauptkreis erhalten.

Von besonderem Vorteil ist auch, daß das neue Lenkungs­ system unter Verwendung von Prioritätsventilen auch für weitere Arbeitskreisläufe verwendet werden kann.

Es ist für das Lenkgefühl am Handlenkrad auch vorteil­ haft, daß die Lenkkraft durch die Wahl der Einstellung am Druckbegrenzungsventil in der Lastsignalleitung auf den Bedarf abgestimmt werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert werden, wozu auf die einzige Figur verwiesen wird.

Der hydraulische Gesamtkreislauf ist aus Gründen der Übersichtlichkeit vereinfacht dargestellt und besteht aus einem Hauptkreis 1 und einem Nebenkreis 2, die beide jeweils einen Tank 3, 3', eine Versorgungspumpe 4, 4', ein herkömmliches Prioritätsventil 5, 5' und einen Lenk­ zylinder 6, 6' besitzen. Beide Lenkzylinder 6, und 6' sind über eine Kolbenstange 7 mechanisch miteinander verbunden.

Der Hauptkreis 1 und der Nebenkreis 2 sind mit einer ge­ meinsamen Lenkeinheit 8 ausgerüstet. Dazu besitzt die Lenkeinheit 8 einen Haupteingang 9, der über eine Zul­ aufleitung 10 mit einem Ausgang 11 des Prioritätsventi­ les 5 des Hauptkreises 1 verbunden ist und einen Neben­ eingang 12, der über eine Zulaufleitung 10' mit dem Aus­ gang 11' des Prioritätsventiles 5' des Nebenkreises 2 Verbindung hat.

Die Lenkeinheit 8 besitzt weiterhin zwei Zylinderan­ schlüsse 13, 14, die mit dem Lenkzylinder 6 des Haupt­ kreises 1 verbunden sind sowie zwei Zylinderanschlüsse 15, 16, die über Zylinderleitungen 17, 18 an den Lenkzy­ linder 6' des Nebenkreises 2 angeschlossen sind.

Die Lenkeinheit 8 weist weiterhin einen Tankanschluß 19 und einen Lastsignalanschluß 20 auf, wobei der Lastsi­ gnalanschluß 20 über eine Lastsignalleitung 21 mit den jeweils federbelasteten Seiten beider Prioritätsventile 5, 5' verbunden ist.

Die Lenkeinheit 8 besteht in der Hauptsache aus einem Steuerventil 22, einer nach dem Orbitprinzip arbeitenden Hauptkreis-Dosierpumpe 23 sowie einer nach dem Orbit­ prinzip arbeitenden Nebenkreis-Dosierpumpe 24. Das Steu­ erventil 22 ist in ein Gehäuse eingepaßt und besitzt bekanntermaßen einen inneren, von einem Handlenkrad 25 ansteuerbaren Steuerkolben und eine äußere, mit dem Ro­ tor der Hauptkreis-Dosierpumpe 23 mechanisch verbundene Steuerhülse. Steuerkolben und Steuerhülse sind konzen­ trisch zueinander angeordnet und in einem begrenzten Um­ fang gegen die Kraft einer Feder drehbar.

Das Steuerventil 22 ist funktionsmäßig so gestaltet, daß in der Neutralstellung, also bei nicht betätigtem Hand­ lenkrad 25, die Hauptkreis-Dosierpumpe 23 über die Zy­ linderanschlüsse 13, 14 mit dem Lenkzylinder 6 des Hauptkreises 1 verbunden ist, während der Haupteingang 9 durch ein Rückschlagventil 26 und der Nebeneingang 12 durch ein federbelastetes Rückschlagventil 27 in glei­ cher Richtung gesperrt sind.

Beide Rückschlagventile 26, 27 befinden sich in paralle­ ler Anordnung in einer Zulaufleitung 29, die den Haupt­ eingang 9 und den Nebeneingang 12 mit dem Steuerventil 22 verbindet. Dabei ist der Öffnungsdruck des Rück­ schlagventiles 27 größer als der Öffnungsdruck des Rück­ schlagventiles 26.

Die Nebenkreis-Dosierpumpe 24 ist mechanisch mit der Hauptkreis-Dosierpumpe 23, und hydraulisch über eine in­ terne Leitung 28 mit dem Tank 3 und über die beiden Zy­ linderleitungen 17, 18 mit dem Lenkzylinder 6' des Ne­ benkreises 2 verbunden.

Die Prioritätsventile 5, 5' sind nach dem bekannten Pri­ zip eines Vorzugsstromteilers aufgebaut und besitzen je­ weils einen pumpenseitgen Einlaßanschluß, einen len­ kungsseitigen Auslaßanschluß und einen Auslaßanschluß für eine Arbeitshydraulik, der jedoch aus Gründen der Vereinfachung mit einer Tankleitung verbunden ist.

Die jeweils federbelasteten Seiten beider Prioritätsven­ tile 5, 5' sind über die Lastsignalleitung 21 mit dem Lastsignalanschluß 20 der Lenkeinheit 8 verbunden. Der Lastsignalanschluß 20 steht ferner mit einem Druckbe­ grenzungsventil 30 in Verbindung, welches den Lenkungs­ druck begrenzt.

Weiterhin ist die Lastsignalleitung 21 über eine Leitung mit dem Tank 3' verbunden, in der ein federbelastetes Zwei-Stellungsventil 31 und ein Druckbegrenzungsventil 32 in Reihe geschalten sind. Das Zwei-Stellungsventil 31 ist über eine Steuerleitung 33 und ein Wechselventil 34 mit der druckführenden Zylinderleitung 17 oder 18 des Lenkzylinders 6' des Nebenkreises 2 verbunden.

In der Ausgangsstellung des Zwei-Stellungsventi­ les 31 besteht keine Verbindung von der Lastsignallei­ tung 21 zum Druckbegrenzungsventil 32. Zwischen den Zy­ linderleitungen 17, 18 des Nebenkreises 2 befinden sich weiterhin zwei Nachsaugventile 35 und 36.

Im normalen Lenkbetrieb fördert die Versorgungspumpe 4 des Hauptkreises 1 über das zum Hauptkreis 1 gehörende Prioritätsventil 5 Öl zum Haupteingang 9 der Lenkeinheit 8 und die Versorgungspumpe 4' des Nebenkreises 2 über das Prioritätsventil 5' zum Nebeneingang 12 der Lenkein­ heit 8. In diesem Zustand gelangt nur das von der Ver­ sorgungspumpe 4 des Hauptkreises 1 geförderte Öl über das Rückschlagventil 26 in die Lenkeinheit 8. Der Neben­ eingang 12 bleibt auf Grund des höheren Öffnungsdruckes des Rückschlagventiles 27 gesperrt, so daß das gesamte von der Versorgungspumpe 4' des Nebenkreises 2 geförder­ te Öl über das Prioritätsventil 5' zum Tank 3' geleitet wird.

Bei nicht betätigter Lenkung, also in der Neutralstel­ lung, ist die Verbindung im Steuerventil 22 geschlossen, so daß auch hier das gesamte von der Versorgungspumpe 4 des Hauptkreises 1 geförderte Öl über das Prioritätsven­ til 5 ungenutzt zum Tank 3 gelangt.

Bei Betätigung des Handlenkrades 25 öffnet das Steuer­ ventil 22 und leitet über die Hauptkreis-Dosierpumpe 23 ein entsprechend der Drehzahl am Handlenkrad 25 propor­ tionales Stellvolumen z. B. über den Zylinderanschluß 13 zum Lenkzylinder 6. Dabei wird die Bewegung der Kolben­ stange des Lenkzylinders 6 über die Kolbenstange 7 auf den Lenkzylinder 6' übertragen. Das verdrängte Öl ge­ langt über den Zylinderanschluß 14 und das Steuerventil 22 zum Tank 3.

Da die beiden Dosierpumpen 23, 24 mechanisch verbunden sind, wird die Nebenkreis-Dosierpumpe 24 über die Haupt­ kreis-Dosierpumpe 23 mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben. Gleichzeitig wird auch der Kolben des Lenk­ zylinders 6' des Nebenkreises 2 durch die mechanische Koppelung mit dem Lenkzylinder 6 des Hauptkreises 1 in Lenkrichtung bewegt. Dieses Zusammenwirken führt dazu, daß das Öl im Lenkzylinder 6' über die Zylinderleitungen 17, 18 nahezu drucklos umgewälzt wird. Eventuell auftre­ tende Leckverluste werden über die Nachsaugventile 35 bzw. 36 ausgeglichen.

Bei Ausfall der Versorgungspumpe 4 des Hauptkreises 1 wird die Ölversorgung der Lenkeinheit 8 automatisch über die Versorgungspumpe 4' und das Prioritätsventil 5' des Nebenkreises 2 dadurch sichergestellt, daß das Rück­ schlagventil 27 vom Druck des Zulaufstromes geöffnet wird. So bleibt die volle Funktionsfähigkeit des Lenksy­ stems erhalten. Auch in diesem Fall wir die erforderli­ che Lenkkraft im Lenkzylinder 6 des Hauptkreises 1 erzeugt, während das Öl im Lenkzylinder 6' des Neben­ kreises 2 in der bereits beschriebenen Weise umgewälzt wird.

Bei einem Bruch einer der mit Lenkdruck beaufschlagten Zylinderleitungen zwischen der Lenkeinheit 8 und dem Lenkzylinder 6, arbeitet die Hauptkreis-Dosierpumpe 23 als Motor und treibt über die mechanische Verbindung die Nebenkreis-Dosierpumpe 24 entsprechend der Drehzahl am Handlenkrad 25 an. Dabei wird durch die Nebenkreis-Do­ sierpumpe 24 über die Zylinderleitung 18 aus dem Lenkzy­ linder 6' des Nebenkreises 2 Öl angesaugt und über die Zylinderleitung 17 als dosiertes Drucköl in Lenkrichtung wieder zugeführt. Eventuell auftretende Leckverluste werden wieder über die Nachsaugventile 35 bzw. 36 ausge­ glichen. In diesem Fall wird die erforderliche Lenkkraft im Lenkzylinder 6' des Nebenkreises 2 erzeugt, so daß auch hier die Lenkfähigkeit gesichert ist.

Tritt eine dieser genannten Störungen auf, so werden diese dem Fahrer durch bekannte und geeignete Mittel z. B. Schwimmerschalter, Durchflußanzeiger, Drucksenso­ ren ect. angzeigt.

In diesem Fall, wo die Lenkkraft im Lenkzylinder 6' des Nebenkreises 2 erzeugt, also das notwendige Steilvolumen über die Nebenkreis-Dosierpumpe 24 aufgebaut wird, ent­ steht durch die mechanische Verbindung der beiden Do­ sierpumpen 23, 24 ein relativ hohes Drehmoment am Handlenkrad 25. Zur Minimierung dieser Belastung, insbe­ sondere beim Lenken gegen Anschlag, wird eine Schaltung bestehend aus dem Zwei-Stellungsventil 31, dem Druckbe­ grenzungsventil 32, der Steuerleitung 33 und dem Wech­ selventil 34 verwendet, bei dem die Lastsignalleitung 21 mit dem Tank 3, 3' verbunden und in dieser Leitung das Zwei-Stellungsventil 31 und das Druckbegrenzungsventil 32 in Reihe geschalten ist. Die Steuerleitung 33 verbin­ det die Steuereinheit des Zwei-Stellungsventiles 31 mit dem Wechselventil 34.

Der je nach Lenkrichtung aufgebaute Lenkdruck wird aus der druckführenden Zylinderleitung 17 oder 18 über das Wechselventil 34 und über die Steuerleitung 33 auf die nicht federbelastete Seite des Zwei-Stellungsventiles 31 übertragen, wodurch das Wechselventil 31 auf Durchgang schaltet. Das Druckbegrenzungsventil 32 ist auf einen niedrigeren Wert als das Druckbegrenzungsventil 30 eingestellt, der aber trotzdem sicherstellt, daß die volle Lenkfähigkeit während der Fahrt gegeben ist.

Im normalen Lenkbetrieb wird das Öl im Lenkzylinder 6' des Nebenkreises 2 nahezu drucklos umgewälzt, so daß nur ein geringer Druck entsteht, der nicht ausreicht, um das Zwei-Stellungsventil 31 zu betätigen. Damit besteht kei­ ne Verbindung von der Lastsignalleitung 21 zum Druckbe­ grenzungsventil 32, wodurch die Druckabsicherung über das Druckbegrenzungsventil 30 erfolgt.

Bei Ausfall des Lenkzylinders 6 des Hauptkreises 1 wird über die Nebenkreis-Dosierpumpe 24 im Lenkzylinder 6' des Nebenkreises 2 ein Druck aufgebaut. Erreicht dieser Druck den vorbestimmten Schaltdruck des Zwei-Stellungs­ ventiles 31, wird eine Verbindung zwischen Lastsignal­ leitung 21 und dem Druckbegrenzungsventil 32 herge­ stellt, so daß nun die Lenkdruckbegrenzung mit einem ge­ ringeren Einstelldruck erfolgt.

Bezugszeichenliste

1

Hauptkreis

2

Nebenkreis

3

,

3

'Tank

4

,

4

'Versorgungspumpe

5

,

5

'Prioritätsventil

6

,

6

'Lenkzylinder

7

Kolbenstange

8

Lenkeinheit

9

Haupteingang

10

,

10

'Zulaufleitung

11

,

11

'Ausgang

12

Nebeneingang

13

Zylinderanschluß

14

Zylinderanschluß

15

Zylinderanschluß

16

Zylinderanschluß

17

Zylinderleitung

18

Zylinderleitung

19

Tankanschluß

20

Lastsignalanschluß

21

Lastsignalleitung

22

Steuerventil

23

Hauptkreis-Dosierpumpe

24

Nebenkreis-Dosierpumpe

25

Handlenkrad

26

Rückschlagventil

27

Rückschlagventil

28

Leitung

29

Zulaufleitung

30

Druckbegrenzungsventil

31

Zwei-Stellungsventil

32

Druckbegrenzungsventil

33

Steuerleitung

34

Wechselventil

35

Nachsaugventil

36

Nachsaugventil

Claims (3)

1. Lenkungssystem für Kraftfahrzeuge mit zwei Lenkkreis­ läufen, bestehend aus einem Hauptkreis (1) und einem Ne­ benkreis (2), die jeweils mit einem Tank (3, 3'), einer Versorgungspumpe (4, 4') und einem Lenkzylinder (6, 6') ausgerüstet sind, wobei die beiden Lenkzylinder (6, 6') mechanisch miteinander verbunden und der Hauptkreis (1) und der Nebenkreis (2) von einem gemeinsamen Handlenkrad (25) ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. dem Hauptkreis (1) und dem Nebenkreis (2) eine gemein­ same Lenkeinheit (8) zugeordnet ist, die aus einem Steu­ erventil (22), einer Hauptkreis-Dosierpumpe (23) und einer, mit der Hauptkreis-Dosierpumpe (23) mechanisch verbundenen Nebenkreis-Dosierpumpe (24) besteht,
• 2. die Lenkeinheit (8) einen Haupteingang (9) für den von der Versorgungspumpe (4) des Hauptkreises (1) geförder­ ten Ölstrom und einen Nebeneingang (12) für den von der Versorgungspumpe (4') des Nebenkreises (2) geförderten Ölstrom besitzt, die beide mit dem Steuerventil (22) verbunden sind und die jeweils durch ein in Richtung zum Steuerventil (22) öffnendes Rückschlagventil (26, 27) verschlossen sind, wobei das Rückschlagventil (27) des Nebenkreises (2) einen höheren Öffnungsdruck aufweist und
• 3. die Lenkeinheit (8) zwei Zylinderanschlüsse (13, 14) für den Lenkzylinder (6) des Hauptkreises (1) und zwei Zylinderanschlüsse (15, 16) für den Lenkzylinder (6') des Nebenkreises (2) besitzt, wobei die zum Lenkzylinder (6') des Nebenkreises (2) führenden Zylinderleitungen (17, 18) über zwei entgegengerichtete Nachsaugventile (35, 36) miteinander verbunden sind.

2. Lenkungssystem nach Anspruch 1, bei dem im Hauptkreis (1) und im Nebenkreis (2) jeweils ein Prioritätsventil (5, 5') angeordnet ist und beide Prioritätsventile (5, 5') über eine Lastsignalleitung (21) mit einem Lastsig­ nalanschluß (20) der Lenkeinheit (8) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Lastsignalleitung (21) zu einem Tank (3, 3') Ver­ bindung hat und in diesem Bereich mit einem in Reihe ge­ schalteten Zwei-Stellungsventil (31) und einem Druckbegrenzungsventil (32) ausgerüstet ist;
• 2. beide Zylinderleitungen (17, 18) des Lenkzylinders (6') des Nebenkreises (2) über ein Wechselventil (34) kurzgeschlossen sind, dessen Druckseite über eine Steu­ erleitung (33) mit der Stelleinheit des Zwei-Stellungs­ ventiles (31) verbunden ist und
• 3. der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils (32) der Lastsignalleitung (21) geringer eingestellt ist als der Öffnungsdruck des lenkungsdruckbestimmenden Druckbegren­ zungsventils (30) der Lenkeinheit (8).

3. Lenkungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinheit (8) nur ei­ nen Haupteingang (9) besitzt, die beiden Rückschlagven­ tile (26, 27) in einer separaten Ventilkombination mit einem Haupteingang für den Hauptkreis (1), einem Neben­ eingang für den Nebenkreis (2) und einem Ausgang für die Lenkeinheit (8) untergebracht sind und der Ausgang der Ventilkombination mit dem Haupteingang (9) der Lenkein­ heit (8) verbunden ist.