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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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DE 11 2016 000 782 T5 beschreibt eine weitere Servolenkungsvorrichtung mit zwei Servolenkungsmechanismen, von denen der erste ein Hydraulikmechanismus und der zweite ein elektrischer Mechanismus ist. Im Hydraulikmechanismus ist eine Sensoranordnung vorgesehen, die eine Temperatur des hydraulischen Arbeitsfluids ermittelt.
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US 9 248 854 B2 beschreibt eine elektro-hydraulische Lenkung mit einem Lenkeinheit-Eingangswinkelsensor und einem Lenkhandradsensor, die mit einer Steuerung verbunden sind, die wiederum die Menge von Hydraulikflüssigkeit steuert, die ausgegeben wird.
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Die Erfindung betrifft eine vollhydraulische Lenkanordnung, bei der keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und den zu lenkenden Rädern besteht. Der Fahrer, der ein Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem fährt, erlebt ein Gefühl, das sich von einem Lenksystem unterscheidet, bei dem das Lenkhandrad direkt mit den gelenkten Rädern verbunden ist. Mögliche Ursachen für dieses Verhalten der Lenkanordnung sind Universalgelenke zwischen dem Lenkhandrad und der mechanischen Lenkeinheit und ein Totband der mechanischen Lenkeinheit. Dies führt zu einer Verzögerung zwischen der Betätigung des Lenkhandrads und der Reaktion der gelenkten Räder.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, dem Fahrer ein besseres Lenkgefühl zu vermitteln.
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Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Lenkanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Position des Lenkhandradsensors ermöglicht das sofortige Erkennen einer Betätigung des Lenkhandrads, d.h. der Sensor erkennt ohne Verzögerung eine Bewegung des Lenkhandrads, die durch ein Spiel größer als das minimale Spiel verursacht wird. Die beste Position des Lenkhandradsensors wäre in der Nähe einer Welle des Lenkhandrads, die direkt mit dem Lenkhandrad verbunden ist. Auf diese Weise kann die durch das mechanische Spiel verursachte Verzögerung eliminiert werden. Das Versorgungsventil kann der Arbeitsanschlussanordnung sofort Hydraulikflüssigkeit zuführen, so dass bei Betätigung des Lenkhandrads ein mit der Arbeitsanschlussanordnung verbundener Lenkmotor beginnen kann, die Richtung der gelenkten Räder zu ändern. Der Lenkhandradsensor kann den Lenkhandradwinkel weiterhin messen. Das vorgesehene Volumen ist ausreichend, um das Spiel zwischen dem Lenkhandrad und der mechanischen Lenkeinheit sowie das Totband der mechanischen Lenkeinheit auszugleichen. Dementsprechend kann eine lineare Beziehung zwischen dem Lenkmotor und der Lenkhandradposition oder dem Lenkhandradwinkel erreicht werden, die so nah wie möglich an einem Nullpunkt beginnt. Sobald der Totbandwinkel der mechanischen Lenkeinheit erreicht ist, kann die weitere Lenkung des Fahrzeugs unter Wirkung der mechanischen Lenkeinheit erreicht werden. Dementsprechend ist keine weitere Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit über die Versorgungsventileinrichtung erforderlich. In einer weiteren Ausführungsform führt das Versorgungsventil nach Erreichen des Totbandwinkels weiterhin Hydraulikflüssigkeit zu.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Versorgungsventileinrichtung ein ferngesteuertes Ventil auf. Das ferngesteuerte Ventil wird von der Steuerung gesteuert, so dass kein Eingriff des Fahrers erforderlich ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Versorgungsventileinrichtung mindestens ein Magnetventil auf. Ein Magnetventil ist eine einfache Ausführungsform eines ferngesteuerten Ventils. Es kann durch die Zufuhr elektrischer Energie zum Magnetventil betätigt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das vorgegebene Volumen in Abhängigkeit von mindestens einem vorgegebenen Parameter einstellbar. Somit hat der Benutzer die Möglichkeit, das vorgegebene Volumen durch Ändern eines Parameters einzustellen. Der Parameter kann beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die Belastung des Fahrzeugs oder andere mechanische Bedingungen sein.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung mit mindestens einem zusätzlichen Sensor verbunden, der eine Eigenschaft der mechanischen Lenkanordnung erfasst. Die Eigenschaft kann beispielsweise eine Temperatur, ein Leerlaufdruck, ein Pumpendruck oder dergleichen sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Qualität der Vorhersage des optimalen Durchflusses im Steuerkreis bei einer Lenkhandradaktivierung zu erhöhen. Ein Temperatursensor kann verwendet werden, um die Öltemperatur zu messen und die Viskosität vorherzusagen, die dann in den Steueralgorithmus einbezogen werden kann. Der Steueralgorithmus könnte auch Eingänge von anderen intelligenten Sensoren nutzen, um die elektronische Totbandkompensation zu optimieren.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Radwinkelsensor mit der Steuerung verbunden. Die Steuerung kann ein Signal von der Radwinkelsteuerung zur Überwachung der Radwinkelbewegung verwenden. Dadurch kann die Steuerung den Strom der Hydraulikflüssigkeit durch das Versorgungsventil stoppen, wenn die Radwinkelreaktion größer als erwartet ist. Darüber hinaus kann der Radwinkelsensor für Kalibrierroutinen verwendet werden, bei denen der offene Regelkreis auf die optimale Leistung eingestellt werden kann. Schließlich kann die Radwinkelrückkopplung für eine adaptive Steuerung verwendet werden, so dass der Fahrer in jedem Fahrzustand immer die gleiche Lenkreaktion spürt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung Teil eines Regelsystems. Unter Verwendung der Signale des Lenkhandradsensors und des Radwinkelsensors kann die Steuerung eine Regelung zwischen diesen beiden Signalen durchführen. Das bedeutet, dass der von der Versorgungsventileinrichtung zugeführte Hydraulikflüssigkeitsstrom hinzugefügt wird, wenn der Radwinkel nicht dem Lenkhandrad folgt, und wenn der Fehler zwischen Radwinkel und Lenkhandrad allein durch den Durchfluss der mechanischen Lenkeinheit behoben werden kann, dann wird kein Durchfluss zu der Versorgungsventileinrichtung hinzugefügt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Lenkeinheit-Eingangswinkelsensor mit der Steuerung verbunden. Mit anderen Worten wird dem Lenksystem ein zusätzlicher Drehwinkelsensor auf der Eingangsseite der mechanischen Lenkeinheit hinzugefügt. Der Lenkhandradsensor ist immer noch in einer Position montiert, in der das Spiel zwischen dem Lenkhandradsensor und dem Lenkhandrad so gering wie möglich ist, während der zweite Sensor an oder in der Nähe der mechanischen Lenkeinheit selbst montiert ist. Dadurch kann der Eingang jedes dieser Sensoren in verschiedenen Regelstrategien verwendet werden. Der Eingang des Lenkhandradsensors kann für eine Steuerstrategie zur Beseitigung oder Änderung des mechanischen Spiels verwendet werden. Der Eingang des Eingangswinkelsensors der mechanischen Lenkeinheit kann verwendet werden, um das hydraulische Totband in der mechanischen Lenkeinheit zu kompensieren.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei:
- 1 eine schematische Darstellung einer Lenkanordnung ist,
- 2 ein Blockschaltbild der Lenkungsanordnung nach 1 ist,
- 3 einen Zusammenhang zwischen der Lenkhandradposition und der Position des Lenkzylinders zeigt,
- 4 eine schematische Darstellung des Durchflussverhaltens bei der Lenkhandradaktivierung gemäß 3 ist,
- 5 eine schematische Darstellung der Totbandkompensation im offenen Regelkreis ist,
- 6 eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist,
- 7 eine Lenkanordnung ist, die mit zwei Drehwinkelsensoren ausgerüstet ist und
- 8 ein Blockdiagramm der Lenkanordnung von 7 ist.
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1 zeigt schematisch eine hydraulische Lenkanordnung 1, die ein Lenkhandrad 2, eine mechanischen Lenkeinheit 3 und einen Lenkmotor 4 aufweist. Der Lenkmotor 4 ist mit Arbeitsanschlüssen L, R der Lenkeinheit 3 verbunden. Die mechanische Lenkeinheit 3 ist ferner mit einer Versorgungsanschlussanordnung mit einem Druckanschluss und einem Tankanschluss verbunden, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, um die Zeichnung einfach zu halten.
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Das Lenkhandrad 2 ist mit einer Lenksäule 5 verbunden, die über Universalgelenke 6, 7, 8 mit der mechanischen Lenkeinheit 3 verbunden ist. Jedes der Universalgelenke 6-8 hat ein unvermeidliches Spiel.
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Ein Lenkhandradsensor 9 ist so nah wie möglich am Lenkhandrad 2 angeordnet, vorzugsweise direkt neben der Lenksäule 5 oder an einem anderen Teil, das spielfrei mit dem Lenkhandrad 2 verbunden ist. Dementsprechend ist der Lenkhandradsensor 9 in der Lage, einen Beginn einer Bewegung des Lenkhandrads 2 ohne Verzögerung zu erkennen.
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Der Lenkhandradsensor 9 ist mit einer Steuerung 10 verbunden, die Teil einer elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 ist. Die elektrohydraulische Lenkeinheit 11 umfasst ferner eine Versorgungsventileinrichtung 12, die mit der Steuerung 10 verbunden ist und von dieser gesteuert wird. Die Versorgungsventileinrichtung 12 ist mit der Arbeitsanschlussanordnung und darüber hinaus mit dem Druckanschluss der Versorgungsanschlussanordnung verbunden. Wenn also die Versorgungsventileinrichtung 12 geöffnet wird, kann sie Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckanschluss einem der Arbeitsanschlüsse L, R zuführen.
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Bei Betätigung des Lenkhandrads 2 gibt es in der Regel ein Spiel in der mechanischen Verbindung vom Lenkhandrad 2 zur mechanischen Lenkeinheit 3. Darüber hinaus gibt es in der Regel ein hydraulisches Totband in der mechanischen Lenkeinheit 3. Das bedeutet, dass beim Drehen des Lenkhandrads 2 zunächst nichts passiert. Dementsprechend führt dies zu einer verzögerten Reaktion des Lenkmotors und der vom Lenkmotor betätigten gelenkten Räder.
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Der Lenkhandradsensor 9 weist keine solche Verzögerung beim Erfassen der Bewegung des Lenkhandrads 2 auf. Dementsprechend ist es möglich, eine Information über die Betätigung des Lenkhandrads 2 unmittelbar an die Steuerung 10 und von dort an die Versorgungsventileinrichtung 12 zu übermitteln, die dann in der Lage ist, einen Hydraulikstrom zum Lenkmotor 4 auszusteuern, bevor ein Strom durch die mechanische Lenkeinheit 3 ausgesteuert wird. Auf diese Weise spürt der Fahrer oder Bediener weder das Totband der mechanischen Lenkeinheit 3 noch das durch das mechanische Spiel verursachte Spiel.
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Die Versorgungsventileinrichtung 12 kann einen Pilotdruck-Steuerschieber, eine Konstellation von Magnetventilen oder eine andere Vorrichtung aufweisen, die ferngesteuert eingesetzt werden kann, um den der Arbeitsanschlussanordnung bei Betätigung des Lenkhandrads 2 zugeführten Strom zu steuern, und die von der Steuerung 10 ferngesteuert werden kann.
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2 zeigt ein Blockdiagramm der in 1 dargestellten Lenkanordnung 1. Gleiche Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein Kasten 13 zeigt schematisch die Verzögerung, die durch das Totband der mechanischen Lenkeinheit 3 und das Spiel der Universalgelenke 6-8 zwischen dem Lenkhandrad 2 und der mechanischen Lenkeinheit 3 verursacht wird.
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Die Lenkeinheit 3 gibt einen Strom Q1 aus, zu dem ein Strom Q2 hinzugefügt wird, der von der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 geliefert wird.
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Die Funktion dieser Anordnung ist in 3 schematisch dargestellt. Ein Graph 14 zeigt den Zusammenhang zwischen der Bewegung des Lenkmotors und der Lenkhandradposition, wenn man nur die mechanische Lenkeinheit 3 verwendet. Es ist deutlich zu erkennen, dass es eine gewisse Verzögerung zwischen der Lenkhandradposition und der Bewegung des Lenkmotors gibt, d.h. das Lenkhandrad 2 muss um einen bestimmten Winkel gedreht werden, bevor der Lenkmotor reagiert.
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Wenn die elektrohydraulische Lenkeinheit 11 jedoch zusätzliche Hydraulikflüssigkeit zuführt, ergibt sich eine weitere Beziehung, die in Graph 15 dargestellt ist, der bei einem Nullpunkt 16 beginnt.
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4 zeigt das Durchflussverhalten für die Lenkhandradbetätigung, die in 3 dargestellt ist. Ein Graph 17 zeigt den von der mechanischen Lenkeinheit 3 ausgegebenen Lenkstrom und ein Graph 18 zeigt den von der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 ausgegebenen Strom. Es ist ersichtlich, dass die Ausgabe der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 gestoppt wird, sobald das Lenkhandrad 2 eine Position (d.h. einen Lenkhandradwinkel) erreicht hat, die dem Totbandwinkel der mechanischen Lenkeinheit 3 entspricht.
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Wie in 5 dargestellt, ist es nicht erforderlich, dass der von der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 ausgegebene Strom mit dem der mechanischen Lenkeinheit 3 übereinstimmt. 5 zeigt einen Graph 19 mit dem von der elektrohydraulischen Einheit 11 ausgegebenen Strom und einen Graph 20 mit dem von der mechanischen Lenkeinheit 3 ausgegebenen Strom. Es ist zu erkennen, dass der von der mechanischen Lenkeinheit 3 abgegebene Strom 20 viel größer ist als der von der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 ausgegebene Strom. Dieser Strom kann jedoch durch Parametereinstellung eingestellt werden.
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Zusätzlich zu dem in 2 dargestellten System können zusätzliche Sensoren hinzugefügt werden, die zur besseren Abschätzung des von der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 eingebrachten Stroms verwendet werden können. Auf diese Weise kann das von der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 bei Betätigung des Lenkhandrads 2 zugeführte Flüssigkeitsvolumen entsprechend diesen Sensoreingaben eingestellt werden. Ein zusätzlicher Sensor könnte ein Drucksensor sein. So könnte dieser Drucksensor beispielsweise verwendet werden, um den Stand-by-Druck, den Pumpendruck abzüglich des Lasterfassungsdrucks, zu messen, um die Qualität der Vorhersage des optimalen Stroms im offenen Kreis zu erhöhen, der bei der Aktivierung des Lenkhandrads 2 gewünscht wird.
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Ein weiterer zusätzlicher Sensor könnte ein Temperatursensor sein, der zur Messung der Öltemperatur und zur Vorhersage der Viskosität verwendet werden kann, die dann in den Steueralgorithmus einbezogen werden kann.
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Der Steueralgorithmus könnte auch Eingaben von anderen intelligenten Sensoren nutzen, um die elektronische Totbandkompensation zu optimieren.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lenkanordnung 1, in der die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es ist jedoch ein Radwinkelsensor 21 hinzugefügt, der es der Steuerung 10 ermöglicht, das Signal des Radwinkelsensors 21 zur Überwachung der Radwinkelbewegung zu verwenden. Dadurch kann die Steuerung 10 den Strombeitrag der elektrohydraulischen Lenkeinheit 11 stoppen, wenn die Radwinkelreaktion größer als erwartet ist.
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Darüber hinaus kann der Radwinkelsensor 21 für Kalibrierroutinen verwendet werden, bei denen der offene Regelkreis auf die optimale Leistung eingestellt werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Rückmeldung des Radwinkelsensors 21 für eine adaptive Steuerung genutzt werden, so dass der Fahrer in jedem Fahrzustand immer das gleiche Lenkverhalten spürt.
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Unter Verwendung der Signale des Lenkhandradsensors 9 und des Radwinkelsensors 21 kann auch eine Regelung zwischen diesen beiden Signalen erfolgen. Das bedeutet, dass der Strom Q2 der mechanischen Lenkeinheit 3 addiert wird, wenn der Radwinkel nicht dem Lenkhandrad 2 folgt, und wenn der Fehler zwischen Radwinkel und Lenkhandrad 2 allein durch den Strom aus der mechanischen Lenkeinheit 3 behoben werden kann, dann wird kein elektrohydraulischer Strom addiert.
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7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Ein weiterer Sensor 22 wurde hinzugefügt, um einen Winkel am Eingang der mechanischen Lenkeinheit 3 zu erfassen. Dementsprechend wird der Sensor 22 als „Lenkeinheit-Eingangswinkelsensor“ bezeichnet.
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Der Lenkhandradsensor 9 ist immer noch in einer Position montiert, in der das mechanische Spiel zwischen dem Lenkhandradsensor 9 und dem Lenkhandrad 2 so gering wie möglich ist. Der Lenkeinheit-Eingangswinkelsensor 22 ist an der mechanischen Lenkeinheit 3 selbst montiert. Dadurch kann ein Eingang von jedem der Sensoren 9, 22 in verschiedenen Steuerstrategien verwendet werden. Der Eingang des Lenkhandradsensors 9 kann für eine Steuerstrategie zur Beseitigung oder Änderung des mechanischen Spiels verwendet werden. Der Eingang des Lenkeinheit-Eingangswinkelsensors 22 kann in einer Steuerstrategie des hydraulischen Totbandes in der mechanischen Lenkeinheit 3 verwendet werden.
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Die Steuerstrategie für diese Ausführungsform kann eines der oben genannten Verfahren sein.
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Die in den 7 und 8 dargestellte Ausführungsform kann auch mit einem Radwinkelsensor 21 ausgestattet werden.