DE4126898A1 - Proportionalventil fuer eine hinterradlenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hinterradlenkung unter Verwendung eines Proportionalventils, welches einen Stell­ zylinder zur Ausführung gewünschter Lenkausschläge betätigt.

Hinterradlenkungen sind in großer Zahl bekannt, wobei hier beispielsweise auf die folgenden Druckschriften verwiesen sei: EP 03 11 141 A1, EP 03 50 020 A1, DE 35 25 255 C2 und DE 38 11 312 A1.

Die folgende Erfindung geht insbesondere von einer Hinterrad­ lenkung aus, bei der als Stellzylinder ein Hydraulikzylinder, zu dessen Ansteuerung ein Proportionalventil und ferner eine Elektronik vorgesehen ist. Der Hydraulikzylinder weist einen mit einer Kolbenstange verbundenen Zylinderkolben auf, der je nach Stellung des Proportionalventils die Kolbenstange zur Erzeugung eines Lenkausschlags in der einen oder anderen Richtung mehr oder weniger hin und her bewegt. Das Propor­ tionalventil bewirkt also die Ansteuerung des Hydraulik­ zylinders entsprechend einem gewünschten Lenkausschlag. Der gewünschte Lenkausschlag wird in der Form eines Steuersignals von der Elektronik an den Proportionalmagneten des Propor­ tionalventils geliefert. Vorzugsweise an der Kolbenstange greift ein mechanisches Klemmsystem an, welches hydraulisch aufgrund eines von der Elektronik kommenden Klemmsignals betätigt wird. Dieses insgesamt als elektro-hydromechanisches Klemmsystem zu bezeichnende System soll insbesondere dann seinen Klemmzustand einnehmen, wenn irgendwo in der Hinterradlenkung ein Fehler auftritt.

Wenn ein Fehler auftritt, sei es an der Elektronik oder anderswo, so sollte das mechanische Klemmsystem 17 augen­ blicklich in den Klemmzustand gebracht werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß man das Druckmedium, welches das mechanische Klemmsystem in seinem Nichtklemm- oder Lösungs­ zustand hält, unmittelbar mit dem Tank verbindet. Diese Tank­ verbindung stellt man häufig durch ein in seiner Öffnungs­ stellung vorgespanntes elektrisches Schaltventil sicher, welches bei Erregung mit einem Steuersignal die Verbindung zum Tank schließt. Man kann also sagen, daß das dem Schaltventil für die elektromechanische Klemmung zugeführte Steuersignal für den Klemmzustand Null ist, während es für den Freigabe­ zustand einen bestimmten Wert hat.

Bei der oben skizzierten Art einer Hinterradlenkung vergeht zwischen dem Auftreten des Fehlers und dem Erreichen des Klemmzustandes eine gewisse Zeitspanne, die beispielsweise in der Größenordnung von 30 ms liegen kann. Es ist daher zweck­ mäßig, diese Zeitspanne so kurz wie möglich zu machen. Wie kurz auch immer diese Zeitspanne sein mag, besteht immer die Möglichkeit, daß infolge des aufgetretenen Fehlers dem Stell­ zylinder mehr Hydrauliköl zugeführt wird als dies für den an sich geforderten Lenkanschlag notwendig ist. Nimmt man an, daß für einen normalen Arbeitsbereich dem Hydraulikzylinder zwischen 0 und 4 Liter Öl pro Minute zugeführt werden müßten, so wäre es denkbar, daß im Fehlerfall beispielsweise 5 oder 8 Liter pro Minute dem Stellzylinder zugeführt werden, was praktisch einen Satz an der Hinterradlenkung zur Folge haben würde, was wiederum für den Fahrer am Lenkrad sich bemerkbar machen würde, ohne daß dieser genügend Zeit zum Gegenlenken haben könnte.

Um diese Nachteile zu vermeiden und um insbesondere den sogenannten Auswanderhub des Stellzylinders nach Auftreten eines Fehlers zu begrenzen, sieht die Erfindung vor, die an den Stellzylinder lieferbare Druckmittelmenge vorzugsweise mechanisch ohne Zusatzventil zu begrenzen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden dem Proportionalventil ein bzw. mehrere Stromventile nachge­ schaltet. Stromventile dienen bekanntlich zur Beeinflussung der Bewegungsgeschwindigkeit eines Verbrauchers, also im vor­ liegenden Fall des Stellzylinders durch Querschnittsänderung des Flüssigkeitsstroms. Wenn der Hydraulikzylinder als Gleichgangzylinder ausgebildet ist, wie dies gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fall ist, so werden zwei Stromventile (Stromregler) also eines "je Kanal" erforderlich.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vorgesehen, die Bewegung des Kolbens des Proportionalventils zu begrenzen. Erfindungsgemäß sind an den beiden Enden des Kolbens des Proportionalventils Anschlagmittel vorgesehen, die den Hub dieses Ventilkolbens sozusagen mechanisch derart beschränken, daß im Fehlerfall die maximale Druckmittel bzw. Ölmenge an den Stellzylinder geliefert wird, einen Grenzwert von beispielsweise 4 Liter pro Minute nicht übersteigt. Zwar wird durch diese Maßnahme theoretisch die Dynamik der Hinter­ radlenkung vermindert. Praktisch macht sich dies aber nicht bemerkbar, bedeutet aber eine beträchtliche Kosteneinsparung.

Die Anschlagmittel sind an den beiden Enden des Kolbens des Proportionalventils vorgesehen, um den maximalen Durchfluß in jede Richtung zu begrenzen, um so am Zylinderkolben die gewün­ schte maximale Geschwindigkeitsbegrenzung zu erreichen. Ohne die Begrenzung auf eine bestimmte maximale Geschwindigkeit (eine bestimmte Druckmittelmenge) durch die Anschlagmittel wäre es nicht möglich, in einfacher Weise den nach Auftreten eines Fehlers möglichen Auswanderhub des Stellzylinders im Klemmfall klein zu halten. Vorzugsweise wird der Hub des Kol­ bens des Proportionalmagnets in jede Richtung auf ca. 5/10 mm be­ grenzt. Das bedeutet, daß der Stellzylinder nicht die ansonst­ en mögliche Fehlposition von 3-4 mm im Klemmfall hat, sondern auf eine maximale Abweichung von weniger als 1,0 bis 1,5 mm begrenzt ist.

Vorzugsweise werden die Klemmittel durch am Kolben des Proportionalventils ausgebildete Anschläge gebildet. Diese Anschläge sind vorzugsweise an den beiden Kolbenenden vorzu­ sehen: Vorzugsweise arbeiten diese Anschläge mit entsprechen­ den Anschlagmitteln am Gehäuse, beispielsweise einer im Ge­ häuse angeordneten, den Kolben aufnehmenden Büchse zusammen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrohydrau­ lischen Hinterradlenkung die vorzugsweise durch die vorliegende Erfindung weiterentwickelt wird;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Stellzylinder, das Propor­ tionalventil sowie zwei Schaltventile der Hinterrad­ lenkung gemäß Fig. 1 und zwar ausgebildet gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößert dargestellte Einzelheit der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt schematisch eine elektrohydraulische Hinterrad­ lenkung 10, die eine Hydraulikanordnung 11 sowie eine Elektronik 12 aufweist.

Die Hydraulikanordnung 11 umfaßt einen Hydraulikzylinder (Stellzylinder) 14, der vorzugsweise als Gleichgangzylinder ausgebildet ist. Der Hydraulikzylinder 14 enthält einen Zylinderkolben 15, der von zwei Kolbenräumen umgeben ist, durch die sich eine vom Zylinderkolben 15 getragenen Kolben­ stange 16 erstreckt.

Benachbart zu einem Ende der Stange 16 ist ein mechanisches, genauer gesagt, ein hydromechanisches Klemmsystem 17 vorge­ sehen. Das mechanische Klemmsystem befindet sich infolge der Kraft einer Feder immer dann in seinem Klemmzustand, wenn nicht von einer Pumpe 18 über eine Leitung 19 sowie eine weitere Leitung 43 zugeführtes Druckmittel die Federkraft überwindet und den Klemm- oder Haltezustand herbeiführt.

Der Hydraulikzylinder 14 wird durch ein Proportionalventil 20 angesteuert. Das Proportionalventil 20 steht zum einen mit der Pumpe 18 über Leitung 19 in Verbindung und liefert ent­ sprechend der Steuerung von Proportionalmagneten 21, 22 gemäß der Stellung des Kolben 23 Druckmittel über Leitungen 26, 27 an den Hydraulikzylinder 14. Die Proportionalmagnete 21, 22 werden über Steuerleitungen 25, 24, Steuersignalen von Elektronik 12 entsprechend dem gewünschten Lenkausschlag beliefert.

Das Proportionalventil 20 steht mit seinen Leitungen 26, 27 nicht direkt mit den Druckräumen bzw. Anschlüssen A, B des Hydraulikzylinders 14 in Verbindung, sondern jeweils über Schaltventile 29, 30. Das erste Schaltventil 30 für die hydraulische Klemmung verbindet Leitung 27 mit Leitung 32 und somit mit Anschluß A. Das zweite Schaltventil 29 verbindet Leitung 26 über Leitung 31 mit Anschluß B. Das Schaltventil 29 hat einen Kolben 33, der durch Federkraft in seine Schließ­ stellung vorgespannt ist und durch den Elektromagneten 35 in seine Öffnungsstellung dann bewegt werden kann, wenn dem Elektromagneten 35 über eine Steuerleitung 38 ein entsprech­ endes Signal von der Elektronik 12 zugeführt wird. Ähnlich weist das erste Schaltventil 30 einen in seiner Schließstel­ lung durch eine Feder vorgespannten Kolben 34 auf, der bei Erregung seines Elektromagneten 36 dann in seiner Öffnungs­ stellung 36 bewegt werden kann, wenn dem Elektromagneten 36 über eine Steuerleitung 39 von Elektronik 12 ein entsprech­ endes Signal zugeführt wird.

Die Federräume des Proportionalventils 20 stehen über eine Tankleitung 37 mit dem Tank T in Verbindung.

Das hydromechanische Klemmsystem 17 wird mit Druckmittel von der Pumpe 18 dann versorgt, wenn ein für die hydromechanische Klemmung zuständiges Schaltventil 40 offen ist. Das Schalt­ ventil 40 besitzt einen in seiner Schließstellung durch eine Feder vorgespannten Kolben, der nur dann öffnet, wenn ein Steuersignal von der Elektronik kommend, einen Elektromagneten 42 des Schaltventils 40 zugeführt wird, und dadurch die Kraft der Feder überwunden wird. Man kann sagen, daß das hydro­ mechanische Klemmsystem 17 zusammen mit dem Schaltventil 14 ein elektro-hydromechanisches Klemmsystem vorsieht.

An dem Ende der Kolbenstange 16, das entgegengesetzt zu dem Ende liegt, wo das hydromechanische Klemmsystem 17 vorgesehen ist, sind zwei Wegsensoren 50 und 52 angeordnet, die über eine Leitung 51 bzw. 53 den von der Kolbenstange 16 zurückgelegten Weg repräsentierende Signale an die Elektronik 12 liefern.

Während des Lenkens liefert die Elektronik 12 dem gewünschten Lenkausschlag entsprechende Signale IPV1 und IPV2 über Leitungen 24 bzw. 25 an das Proportionalventil 20, welches dann diesen Signale entsprechende Hydrauliksignale an die Anschlüsse A und B des Hydraulikzylinders 14 liefert. Dazu ist natürlich erforderlich, daß im Lenkbetrieb die Schaltventile 40, 29 und 30 öffnende Signale iMSV, iHSV2 eHSV1 geliefert werden. Je nach den über Leitungen 24 bzw. 25 zugeführten Signalen bewegt sich der Kolben 23 des Proportionalventils 20 nach links oder nach rechts und führt dadurch dem Anschluß A oder B mehr oder weniger Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl zu. Für den normalen Arbeitsbereich wird dem Anschluß A bzw. B 0 bis 4 Liter Öl pro Minute zugeführt. Würden statt der maxi­ mal erwünschten 4 Liter pro Minute mehr, beispielsweise 8 Liter pro Minute zugeführt werden, so würde sich der Zylinder­ kolben 15 schnell in eine entsprechende Auslenkposition bewe­ gen. Dies würde zwar eine hohe Dynamik sicherstellen. Im Normalfall würde der Regelkreis dies ausregeln, aber im Falle eines Fehlerzustandes zu Problemen führen. Wie bereits ein­ leitend erwähnt, muß bei irgendeinem Ausfall elektrischer oder mechanischer Natur eine möglichst sofortige Festlegung oder Festklemmung des Zylinderkolbens 15 erfolgen. Dies geschieht einmal dadurch, daß Schaltventil 29 und Schaltventil 30 beim Auftreten eines Fehlers nicht mehr erregt werden und somit schließen. Ferner erhält auch das Schaltventil 40 keinen Strom mehr, schließt also, mit der Folge, daß kein das hydromechan­ ische Klemmsystem im Lösezustand haltendes Druckmedium diesem hydromechanischem Klemmsystem 17 zugeführt wird, so daß auch dieses die Stange 16 festklemmt.

Wenn es nun beim Auftreten eines Fehlers dazu kommt, daß beispielsweise an einen der Elektromagnete 21 oder 22 ein Stromstoß geliefert wird, so würde das Proportionalventil 20 sich weit öffnen und eine große Ölmenge an den einen oder anderen Anschluß A oder B des Hydrozylinders liefern. Nach dem bei derzeit üblichen Hinterradlenkungen das Eintreten des Klemmvorgangs in der Größenordnung von 20 bis 30 ms dauert, könnte innerhalb dieses Zeitraums die Zylinderstange 16 unerwünschterweise stark und schnell von der gewünschten Lenkposition zu viel abweichen, da im Fehlerfall die Regelung außer Funktion ist.

Gemäß einem ersten nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung vor, daß hinter dem Proportionalventil 20 beispielsweise in den Leitungen 26, 27 Stromventile vorgesehen sind, die den Fluß vom Druckmedium auf einen gewünschten Wert begrenzen, beispielsweise in der Größenordnung von 4 Litern pro Minute bei einem bestimmten Druckabfall, d. h. Lastzustand.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Dort wird erfindungsgemäß der Hub des Kolbens 23 des Proportionalmagneten 23 begrenzt. Zu diesem Zweck sind an den beiden Kolbenenden Anschlagmittel vorge­ sehen. Die Anschlagmittel sind vorzugsweise gemaß Fig. 2 und 3 derart ausgebildet, daß unmittelbar am Kolben eine Anschlag­ fläche 62 ausgebildet wird, die mit einer am Gehäuse des Pro­ portionalventils ausgebildeten Anschlagfläche 63 zusammen­ arbeitet.

Speziell ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 im Gehäuse eine den Kolben aufnehmende Büchse 64 fest angeordnet, die an ihren beiden Stirnseiten jeweils eine Ge­ häuseanschlagfläche 63 definiert. Die kolbenseitige Anschlag­ fläche 62 ist an der zur Anschlagfläche 63 hinweisenden Seite einer Kappe 60 bzw. 61 ausgebildet, die am Kolben 23 befestigt, beispielsweise angeschraubt ist. Der Stößel des Elektro­ magneten 21 bzw. 22 wirkt dann direkt auf die Kappe, wenn der Kolben 23 verschoben werden soll.

Die übrigen in Fig. 2 und 3 verwendeten Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 1 und wurden bereits erläutert.

Claims (8)

1. Hinterradlenksystem, bei dem folgendes vorgesehen ist:
ein Hydraulikzylinder (14), in dem ein Zylinderkolben (15) mit einer Kolbenstange (16) zur Erzeugung eines Lenkausschlags hin und her bewegbar angeordnet ist,
ein Proportionalventil (20) zur Ansteuerung des Hydraulik­ zylinders, entsprechend einem gewünschten Lenkausschlag, ein vorzugsweise an der Kolbenstange angreifendes hydro­ mechanisches Klemmsystem, welches die Kolbenstange (16) fest­ klemmt und freigibt, und zwar auf Grund eines darauf ange­ legten elektrischen Signals, welches angibt, ob der Klemm­ zustand oder der Freigabezustand gewünscht ist, und
eine Elektronik (12) welche neben dem elektrischen an das elektro-hydromechanische Klemmsystem (40, 70) gelieferte Steuersignal auch ein den Proportionalmagneten betätigendes Steuersignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Stangenbewegung in einem Fehlerfall die maximal an den Hydraulikzylinder (14) gelieferte Druckmittelmenge bzw. die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens (15) auf einen Wert begrenzt ist, der nach Auftreten eines Fehlers mechanisch die Bewegung des Kolbens (15) begrenzt.

2. Hinterradlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Begrenzung der Bewegung der Kolbenstange (16) durch dem Proportionalventil (20) nachgeschaltete Stromventile erfolgt.

3. Hinterradlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Beschränkung der Bewegung der Kolbenstange (16) die Bewegung des Kolbens (23) des Proportionalventils (20) begrenzt ist.

4. Hinterradlenksystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem vorzugsweise an beiden Enden des Kolbens (23) des Proportionalventils (20) ein Anschlag vorgesehen ist, der mit einem gehäuseseitigem An­ schlag zur Begrenzung des Hubs des Kolbens (23) zusammen­ arbeitet.

5. Hinterradlenksystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Anschlagfläche (62) bildende Kappe (60) auf dem Ende des Kolbens (23) befestigt ist und zur Begrenzung des Kolbens (23) mit einer am Gehäuse bzw. einer im Gehäuse des Ventils befestigten Hülse zusammenarbeitet, die eine Anschlagfläche (63) bildet.

6. Hinterradlenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anschlagfläche (62) bildende Kappe (60) als Anschlag für den Stößel eines Elektromagneten dient.

7. Hinterradlenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag ortsfest im Endteil des Magneten angebracht ist.

8. Hinterradlenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Axialtoleranzen für die Hubanschläge auf ein Minimum gebracht werden.