DE4042151C2 - Steuereinrichtung für ein vollhydraulisches Lenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein vollhydraulisches Lenksystem mit einem Meßmotorab­ schnitt, einem Richtungsabschnitt, der mit dem Meßmo­ torabschnitt über einen Fluidpfad verbunden ist, einem Pumpenanschluß, einem Tankanschluß und zwei Richtungs­ anschlüssen, wobei ein Hilfsfluidpfad mit einer steuer­ baren Ventileinrichtung vom Fluidpfad zwischen Meßmo­ torabschnitt und Richtungsabschnitt abzweigt.

Derartige Steuereinrichtungen werden üblicherweise für vollhydraulische Lenkungen verwendet. Der Meßmotorab­ schnitt fördert dabei vom Pumpenanschluß eine Menge an Hydraulikfluid zu dem durch die Bewegungsrichtung des Lenkhandrades vorgegebenen Richtungsanschluß, die eine Auslenkung des Lenkmotors um die vom Lenkhandrad zu­ rückgelegte Strecke bzw. den zurückgelegten Winkel be­ wirkt. Der Begriff "Lenksystem" soll sich nicht nur auf Fahrzeuglenkungen beschränken. Unter einem vollhydrau­ lischen Lenksystem sind alle Systeme zu verstehen, bei denen eine Auslenkung eines Arbeits- oder Lenkmotors in Abhängigkeit von der Auslenkung oder Drehung eines Bedienungshebels oder Lenkhandrades eingestellt wird. Es kann sich hierbei beispielsweise auch um die Posi­ tionierung eines Auslegers einer Arbeitsmaschine handeln. Um das Verständnis zu erleichtern, wird im folgenden aber auf eine Fahrzeuglenkung Bezug genommen.

Bei einem vollhydraulischen Lenksystem ist es erwünscht, eine Übereinstimmung zwischen der Position des Lenkhand­ rades und der Position des Lenkmotors zu erhalten. Bei­ spielsweise soll ein gelenktes Fahrzeug geradeaus fahren, wenn sich das Lenkhandrad in der "Geradeaus"-Position befindet. Aufgrund von Undichtigkeiten oder Leckagen, die auch durch nicht vollkommen dichtschließende Ventile oder Kolben im Lenkmotor verursacht sein können, kann es jedoch vorkommen, daß der Lenkhandradwinkel und der Lenkmotorwinkel voneinander abweichen. In diesem Fall ist eine Kompensierung des Lenkwinkelfehlers erwünscht. Zur Kompensierung ist es beispielsweise aus US 4 703 819 bekannt, Fluid zwischen der Steuereinrichtung und dem Lenkmotor abzuzweigen und direkt zum Tank zu leiten, so daß sich das Lenkhandrad weiterdrehen kann, ohne daß der Lenkmotor dieser Drehung folgen muß. Dadurch ist es möglich, eine Übereinstimmung zwischen den Posi­ tionen des Lenkhandrades und des Lenkmotors zu erzielen. Hierbei ist es von Nachteil, daß die Konstruktion relativ aufwendig ist. Für jede Richtung müssen nämlich Ventile vorgesehen sein. Zudem müssen sie einen relativ großen Druck aushalten. Der Druck ergibt sich zwar nicht unbe­ dingt beim Lenken, d. h. wenn der Lenkmotor betätigt wird. Er kann sich je doch dann ergeben, wenn bei ge­ schlossener Lenksteuereinrichtung äußere Kräfte auf die gelenkten Räder oder das gelenkte Rad einwirken, die das in den Arbeitsleitungen zwischen Lenkmotor und Lenksteuereinrichtung eingeschlossene Hydraulikfluid mit Druck beaufschlagen.

In JP 63-125474 A, die eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt, ist der Meßmotorab­ schnitt hinter dem Richtungsabschnitt, also zwischen Richtungsabschnitt und Lenkmotor angeordnet. Der Hilfs­ fluidpfad kann den Meßmotor kurzschließen. Das Ventil im Hilfsfluidpfad ist dem gleichen Druck ausgesetzt wie der Lenkmotor. Dies ist relativ unkritisch, wenn man nur den Druck betrachtet, der beim Lenken von der Pumpe erzeugt wird, also den Druck der im Lenkmotor herrscht, um die Räder auszulenken. Dies sind jedoch nicht die gefährlichen Drücke. Höhere Drücke entstehen nämlich durch die Rückwirkung der Räder auf den Lenkmotor, bei­ spielsweise wenn ein derartiges Lenksystem bei Bau- oder Erdbewegungsmaschinen eingesetzt wird und eine derartige Maschine mit ihrer großen Masse und gegebe­ nenfalls höherer Geschwindigkeit in ein Schlagloch oder gegen einen großen Stein fährt. Hierbei können im Lenk­ motor leicht Drücke entstehen, die ein Vielfaches des von der Pumpe erzeugten Druckes betragen. Die Schließ­ leistung der Ventileinrichtung muß für derartige Drücke ausgelegt sein. Dies macht eine solche Steuereinrich­ tung relativ aufwendig. Zudem ist die Korrekturfähig­ keit einer derartigen Steuereinrichtung begrenzt, da die einzige Möglichkeit zur Korrektur darin besteht, den Meßmotor kurzzuschließen. Damit läßt sich lediglich ein Nacheilen des Lenkmotors gegenüber dem Lenkhandrad kompensieren, nicht jedoch ein Voreilen.

In JP 61-205557 A sind Korrekturleitungen zwischen der Lenksteuereinheit um dem Lenkmotor vorgesehen, die mit dem Tank verbunden sind. In diesem Fall wird abgemesse­ nes Fluid abgeführt, also Fluid, das die Lenksteuerein­ richtung bereits durchlaufen hat. Auch hier müssen die Ventile im Hilfsfluidpfad wieder den vollen Druck aus­ halten, der im Lenkmotor herrscht.

JP 63-188569 A beschreibt ein Lenksystem, bei dem Hy­ drauliköl an der Lenksteuereinheit vorbei über ein Wechselventil in den jeweils druckbeaufschlagten Ar­ beitsraum des Lenkmotors geleitet werden kann, wenn Lenkmotorwinkel und Lenkhandradwinkel nicht überein­ stimmen. Das Steuerventil für das Zusatzfluid ist über die Leitung mit dem vollen Lenkmotordruck belastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkfeh­ lerkorrektur mit geringerem Aufwand zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuereinrichtung der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Richtungs­ abschnitt eine Verbindung zwischen den Richtungsan­ schlüssen und dem Hilfsfluidpfad nur während des Len­ kens freigibt und sonst unterbricht und daß der Hilfs­ fluidpfad mit dem Pumpenanschluß und/oder dem Tankan­ schluß verbunden ist.

Durch den Hilfsfluidpfad ist es also auf einfache Art und Weise möglich, die Verdrängung der Steuereinheit innerhalb gewisser Grenzen zu verändern. Hierbei ist es nicht mehr notwendig, für jeden Richtungsanschluß, also für jede Arbeitsleitung, eine getrennte Ventileinrich­ tung vorzusehen, vielmehr wird der von der Steuerein­ richtung geförderte Fluidstrom bereits verändert, bevor er die einzelnen Richtungsanschlüsse erreicht. Die Zahl der Ventile kann also halbiert werden. Ferner müssen die Ventile nur für einen relativ geringen Druck, näm­ lich den Lenkdruck, dimensioniert werden. Wenn nicht gelenkt wird, d. h. wenn die Lenksteuereinrichtung die Verbindung zwischen der Pumpe und dem Lenkmotor unter­ brochen hat, existiert auch keine Verbindung zwischen dem Lenkmotor und der Ventileinrichtung. Die Schließ­ kraft der Ventile kann also gering gehalten werden. Hierdurch wird erreicht, daß preisgünstigere Ventile verwendet werden können. Ferner machen sich Undichtig­ keiten in den Ventilen nicht so negativ bemerkbar, wie bei einer Anordnung der Ventile in den Richtungsan­ schlüssen. Eine Undichtig­ keit in der Ventileinrichtung beaufschlagt immer beide Seiten des Lenkmotors gleichmäßig. Eine Beeinflussung des Lenkmotors kann aber ohnehin überhaupt nur dann erfolgen, wenn eine Verbindung von der Ventileinrichtung über den Richtungsabschnitt mit dem Lenkmotor hergestellt worden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hilfs­ fluidpfad einen Zuführpfad, der mit dem Pumpenanschluß verbunden ist, und einen Entnahmepfad, der mit dem Tank­ anschluß verbunden ist, auf. Über den Zuführpfad kann eine Vergrößerung der Verdrängung, d. h. der Förder­ leistung, der Steuereinrichtung erreicht werden, über den Entnahmepfad eine Verminderung. Durch das Vorhanden­ sein dieser beiden Möglichkeiten läßt sich bei der Bewe­ gung des Lenkmotors in jede Richtung sowohl ein Nacheilen als auch ein Voreilen der Lenkmotorposition gegenüber der Lenkhandradposition kompensieren.

Bevorzugterweise weist die Ventileinrichtung getaktete Magnetventile auf. Die Ansteuerung der Magnetventile erfolgt über ein pulsbreitenmoduliertes Signal. Der Öffnungsgrad der Magnetventile ergibt sich im Mittel aus dem Tastverhältnis des pulsbreitenmodulierten Sig­ nals, d. h. dem Verhältnis der Länge der Pulse zur Länge der Perioden. Pulsbreitengesteuerte Magnetventile sind relativ wenig störanfällig und lassen sich leicht auf ihre Funktion hin überprüfen. Die Einstellgenauigkeit läßt sich über die Genauigkeit des pulsbreitenmodulierten Ansteuerungssignals bestimmen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind ein Lenkmotor­ winkelsensor und ein Lenkhandradwinkelsensor vorgesehen, die mit einer Verarbeitungseinrichtung verbunden sind, wobei die Verarbeitungseinrichtung einen Lenkwinkelfehler ermittelt und den Fluidstrom im Fluidpfad durch einen Hilfsfluidstrom im Hilfsfluidpfad verändert, um den Lenkwinkelfehler zu kompensieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt die einzige Figur ein Lenk­ system.

Ein Lenksystem 1 weist eine Pumpe 2 auf, die Hydraulik­ fluid aus einem Tank 3 zu einer Lenksteuereinrichtung 4 fördert. Die Lenksteuereinrichtung 4 wird von einem Lenkhandrad 5 betätigt. Die Lenksteuereinrichtung 4 weist einen Pumpenanschluß P auf, der mit der Pumpe 2 verbunden ist, einen Tankanschluß T, der mit dem Tank 3 verbunden ist, und zwei Richtungsanschlüsse L, R, die mit einem Lenkmotor 6 verbunden sind, genauer gesagt mit einem linken Arbeitsraum 7 und einem rechten Arbeits­ raum 8 im Lenkmotor 6. Die beiden Arbeitsräume 7, 8 sind durch einen Kolben 9 getrennt, an dem eine Kolben­ stange 10 befestigt ist, die mit einem nicht dargestell­ ten Rad verbunden ist. Wenn sich der Kolben 9 im Lenk­ motor 6 bewegt, wird das Rad gelenkt.

Die Lenksteuereinrichtung 4 weist in bekannter Weise einen mit dem Pumpenanschluß P verbundenen Meßmotorab­ schnitt 11 und einen Richtungsabschnitt 12 auf, der einerseits mit dem Meßmotorabschnitt 11 über einen Fluid­ pfad und andererseits mit den Richtungsanschlüssen R, L, die als Arbeitsanschlüsse dienen, verbunden ist. Beide Abschnitte werden vom Lenkhandrad 5 gesteuert.

Der Meßmotorabschnitt 11 weist einen Meßmotor 13 auf. Durch das Lenkhandrad 5 wird im Richtungsabschnitt 12 ein Richtungsventil 14 geöffnet. Fluid kann dann von der Pumpe 2 über den Meßmotor 13 und den entsprechenden Richtungsanschluß L, R in den entsprechenden Arbeitsraum 7, 8 des Lenkmotors 6 fließen. Der Meßmotor 13 ermittelt dabei die durchgeflossene Fluidmenge und schließt das Richtungsventil 14 wieder, wenn eine dem Drehwinkel des Lenkhandrads 5 entsprechende Menge an Hydraulikfluid zum Lenkmotor 6 gelangt ist. Nur solange der Lenkmotor 6 noch nicht eine Position eingenommen hat, die der Position des Lenkhandrades 5 entspricht, besteht eine Verbindung zwischen der Pumpe 2 und dem Lenkmotor 6 bzw. dem Lenkmotor 6 und dem Tank 3. Ist diese Überein­ stimmung erreicht, d. h. ist eine ausreichende Menge an Hydraulikfluid in den Lenkmotor 6 geflossen, unter­ bricht das Richtungsventil 14 diese Verbindungen.

Parallel zum Meßmotorabschnitt 11 ist eine Ventileinrich­ tung 15 angeordnet, die den Meßmotorabschnitt 11 über­ brückt. Die Ventileinrichtung 15 zweigt im Fluidpfad zwischen dem Meßmotorabschnitt 11 und dem Richtungsab­ schnitt 12 ab und ist in einem Hilfsfluidpfad 16 angeord­ net, der mit dem Pumpenanschluß P bzw. dem Tankanschluß T verbunden ist. Die Verbindung erfolgt dabei über ein Plusventil 17, über das Hydraulikfluid von der Pumpe 2 zum Richtungsabschnitt 12 geleitet werden kann, und ein Minusventil 18, über das Fluid aus dem Fluidpfad zwischen Meßmotorabschnitt 11 und Richtungsabschnitt 12 zum Tankanschluß T zurückgeleitet, also aus dem Fluid­ pfad entnommen werden kann.

Das Plusventil 17 und das Minusventil 18 sind als puls­ breitenmodulierte Magnetventile ausgebildet. Diese Mag­ netventile haben eine Öffnungsstellung und eine Schließ­ stellung. Beim Auftreten eines Pulses gehen sie in die Öffnungsstellung. Am Ende des Pulses gehen sie wieder in die Schließstellung und versperren vollständig den Durchgang für das Fluid. Der Öffnungsgrad derartiger Ventile wird über das Tastverhältnis, d. h. das Verhält­ nis der Pulslänge zur Periodenlänge eingestellt.

Das Plusventil 17 und das Minusventil 18 werden von einer Verarbeitungseinrichtung 19 gesteuert. Diese Verar­ beitungseinrichtung ist mit einem Lenkhandradwinkelsensor 20 und einem Lenkmotorwinkelsensor 21 verbunden. Die Verarbeitungseinrichtung 19 ermittelt einen Lenkwinkel­ fehler, also die Differenz zwischen dem Lenkhandradwinkel und dem Lenkmotorwinkel′ und kompensiert diesen Fehler durch entsprechendes Öffnen des Plusventils 17 oder des Minusventils 18. Die Kompensierung kann dabei so erfolgen, daß der durch das Plusventil 17 oder das Minus­ ventil 18 erzeugte Hilfsfluidstrom abhängig von der Lenkhandradgeschwindigkeit und/oder dem Lenkwinkelfehler ist.

Hinkt beispielsweise die Position des Lenkhandrades 5 der Position des Lenkmotors 6 hinterher, öffnet die Verarbeitungseinrichtung 19 das Minusventil 18, d. h. das Lenkhandrad kann gedreht werden, ohne daß eine ent­ sprechende Bewegung des Lenkmotors 6 erfolgt. Eilt in einem anderen Fall die Position des Lenkhandrades 5 der Position des Lenkmotors 6 vor, öffnet die Verarbei­ tungseinrichtung 19 das Plusventil, so daß ein zusätz­ licher Hilfsfluidstrom dem Lenkmotor 6 zugeführt wird. Der Lenkmotor 6 bewegt sich also weiter als es eigent­ lich der Stellung des Lenkhandrades 5 entsprechen würde.

Zwischen dem Pumpenanschluß P und dem Tankanschluß T ist ein Überdruckventil 22 angeordnet. Dieses verhindert, daß ein zu großer Druck auf das Plusventil 17 oder das Minusventil 18 gelangt. Der große Druck kann auch nicht von dem Lenkmotor 6 erzeugt werden, da in dem Fall, in dem der Lenkmotor 6 nicht betätigt wird, auch keine Verbindung zwischen dem Hilfsfluidpfad 16 und somit dem Plusventil 17 und dem Minusventil 18 und dem Lenk­ motor 6 besteht. Das Überdruckventil 22 verhindert ferner, daß der Pumpendruck direkt auf das Minusventil 18 wirkt. Wäre dies der Fall, könnte kein Fluid über das Minusventil zum Tank 3 abgeleitet werden. Eine Dros­ sel 23 verhindert, daß zu viel Fluid von der Pumpe 2 direkt in den Tank 3 gepumpt wird.

Claims (5)

1. Steuereinrichtung für ein vollhydraulisches Lenksystem mit einem Meßmotorabschnitt, einem Richtungsabschnitt, der mit dem Meßmotorabschnitt über einen Fluidpfad verbunden ist, einem Pumpenanschluß, einem Tankan­ schluß und zwei Richtungsanschlüssen, wobei ein Hilfs­ fluidpfad mit einer steuerbaren Ventileinrichtung vom Fluidpfad zwischen Meßmotorabschnitt und Rich­ tungsabschnitt abzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungsabschnitt (12) eine Verbindung zwi­ schen den Richtungsanschlüssen (L, R) und dem Hilfs­ fluidpfad (16) nur während des Lenkens freigibt und sonst unterbricht und daß der Hilfsfluidpfad (16) mit dem Pumpenanschluß (P) und/oder dem Tankanschluß (T) verbunden ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hilfsfluidpfad (16) einen Zuführ­ pfad, der mit dem Pumpenanschluß (P) verbunden ist, und einen Entnahmepfad, der mit dem Tankanschluß (T) verbunden ist, aufweist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (15) min­ destens ein getaktetes Magnetventil (17, 18) aufweist.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (15) ein Plusventil (17) und ein Minusventil (18) aufweist.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenkmotorwinkelsensor (21) und ein Lenkhandradwinkelsensor (20) vorgesehen sind, die mit einer Verarbeitungseinrichtung (19) verbunden sind, wobei die Verarbeitungseinrichtung (19) einen Lenkwinkelfehler ermittelt und den Fluid­ strom im Fluidpfad durch einen Hilfsfluidstrom im Hilfsfluidpfad (16) verändert, um den Lenkwinkelfehler zu kompensieren.