Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe sowie einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten Stellaggregat, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mittels dem über ggf. weitere Elemente, wie z. B. Spurstangen und Spurhebel, die gelenkten Fahrzeugrädern zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels verschwenkbar sind und welches Stellaggregat ein hydraulisches Aggregat ist, mit zwei hydraulischen Kammer, die durch einen hydraulischen Kolben getrennt sind und mit dem Druck einer hydraulischen Druckquelle beaufschlagbar sind.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Bereitstellung einer Fahrzeuglenkung der eingangs genannten Art zugrunde, mit der eine effektive Lenkwinkelsteuerung mit hoher Funktionszuverlässigkeit erzielt wird.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Für die Erfindung ist es wesentlich, dass das hydraulische Aggregat über eine Ventileinheit mit der hydraulischen Druckquelle bzw. einem Druckmittelvorratsbehälter verbindbar ist, und dass eine Lenkunterstützung mittels der Ventileinheit einstellbar ist.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ventileinheit ein hydraulisches Schieberventil aufweist, mittels dem eine Lenkunterstützung durch ein kontinuierliches Einstellen einer Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern geregelt wird. Durch diese stetige Regelbarkeit des Schieberventils im Sinne einer "hydraulischen Vollbrücke"ist eine besonders komfortable Einstellung des Unterstützungsdrucks gewährleistet.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ventileinheit ein kontinuierlich einstellbares Schieberventil mit drei Schaltendstellungen ist, mit einer ersten Schaltendstellung, in der ein Druckmittel in die zwei hydraulischen Kammern eingeleitet werden kann und/oder aus den zwei hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann, so dass die Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern 0 (NULL) beträgt, mit einer zweiten Schaltendstellung, in der das Druckmittel in eine erste hydraulische Kammer eingeleitet werden kann und aus einer zweiten hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann, und mit einer dritten Schaltendstellung, in der das Druckmittel aus der ersten hydraulischen Kammern herausgeleitet werden kann und in die zweite hydraulische Kammer eingeleitet werden kann, zwecks Einregelung eines maximalen Unterstützungsdrucks.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das hydraulische Schieberventil von einem elektrischen Aktuator, vorzugsweise über einen Servoantrieb und ggf. ein Getriebe oder einen Elektromagneten, durch eine Linearbewegung eines Ventilschiebers kontinuierlich zwischen den verschiedenen Schaltendstellungen stetig verstellbar ist. Durch den elektrischen Aktuator wird eine Linearbewegung bzw.

"Stellbewegung"des Ventilschieber erzeugt, wodurch dieser in"beliebige"Schiebestellungen bringbar ist, so dass eine kontinuierliche Druckregelung erfolgt.

Nach der Erfindung ist für das hydraulisches Schieberventil ein Wegsensor vorgesehen, mittels dem die Linearbewegung des Ventilschiebers erfasst wird.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass das hydraulische Schieberventil Steuerkanten aufweist, mittels denen eine Druckdifferenz zwischen den beiden hydraulischen Kammern bei einer Linearbewegung des Ventilschiebers kontinuierlich eingestellt wird. Die Steuerkanten weisen dabei eine spezielle Ausgestaltung auf, damit eine harmonische Druckverstärkungsfunktion und ein gutes Regelverhalten zur Lenkunterstützung erzielt wird.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass die Ventileinheit alternativ zumindest vier analogisierte Ventile, vorzugsweise 2 stromlos geschlossene (SG) und 2 stromlos offene (SO) Analogventile oder analog ansteuerbare Ventile aufweist, zwecks Regelung des Drucks in den beiden hydraulischen Kammern.

Nach der Erfindung ist ein Sicherheitsventil vorgesehen, mittels dem die zwei hydraulischen Kammern direkt miteinander verbindbar sind. Dadurch können die Kammern im Fehlerfall direkt verbunden werden, so dass ein geschlossener hydraulischer Kreis entsteht, wodurch die Räder mittels des Lenkrads direkt, d. h. in diesem Fall ohne Unterstützung, betätigbar sind.

Erfindungsgemäß ist als Sicherheitsventil ein hydraulisches Schieberventil vorgesehen, welches mittels 2 hydraulischer Ventile durch eine Linearbewegung eines Sicherheitsventil- Schaltelements in verschiedene Schaltstellungen schaltbar ist.

Nach der Erfindung sind 2 hydraulische Drucksensoren vorgesehen, mittels denen der hydraulische Druck in den 2 hydraulischen Kammern erfasst wird und es ist vorgesehen, dass eine Lenkunterstützung nach Maßgabe der erfassten Drücke einstellbar ist.

Erfindungsgemäß ist ein Momentensensor vorgesehen, welcher das Drehmoment an einer Lenkradwelle der Fahrzeuglenkung erfasst. Es ist vorgesehen, dass eine Lenkunterstützung unter Berücksichtigung des erfassten Drehmoments einstellbar ist.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lenkung eine Lenkung mit offener Mitte ("Open center Lenkung") ist, bei der in einer Nullstellung der Lenkung, d. h. dem Lenkrad in Geradeausstellung, im wesentlichen keine Druckdifferenz zwischen den durch den hydraulischen Kolben getrennten Kammern vorliegt, und dass die hydraulische Druckquelle eine Pumpe aufweist, die über einen Antrieb, vorzugsweise einen Riemenantrieb, mit dem Antriebsmotor des Fahrzeugs verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Lenkung eine Lenkung mit geschlossener Mitte ("Closed center Lenkung") ist, bei der in einer Nullstellung der Lenkung, d. h. dem Lenkrad in Geradeausstellung, im wesentlichen ein hydraulischer Druck oder eine Druckdifferenz in den durch den hydraulischen Kolben getrennten Kammern vorliegen kann, und dass die hydraulische Druckquelle eine Pumpe aufweist, die über eine Kupplung und über einen Antrieb, vorzugsweise Riementrieb, mit dem Fahrzeugantrieb verbindbar ist.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die hydraulische Druckquelle einen Hochdruckspeicher aufweist, und dass die Pumpe betrieben wird, um den Hochdruckspeicher zu laden.

Erfindungsgemäß ist ein hydraulischer Drucksensor vorgesehen, wobei der hydraulischer Druck in dem Hochdruckspeicher mit dem Drucksensor ermittelt wird.

Die für die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung bevorzugten Analogventile oder analogisierten Ventile sind Proportionalventile. Dies sind insbesondere proportional gesteuerte oder betriebene Magnetventile oder Piezoventile.

Als Magnetventile kommen insbesondere Sitzventile, z. B.

2/2-Weg-Sitzventile mit zwei Ein-und/oder Ausgängen, zum Einsatz, wobei die Ein-bzw. Ausgänge in der einen (geöffneten) Schaltstellung miteinander verbunden und in der anderen (geschlossenen) Schaltstellung voneinander getrennt sind.

Das Öffnen und Schließen der Magnetventile erfolgt durch Aktivierung bzw. Deaktivieren eines im Ventil vorgesehenen Magneten. Die Aktivierung des Magneten, das bedeutet die Bestromung der Spule, hat die Bewegung, genauer gesagt das Anziehen oder Loslassen eines Ankers zur Folge, welcher mit dem Verschlussmechanismus des Ventils in Verbindung steht und dieses dadurch mitbewegt.

Durch die erfindungsgemäße proportionale Ansteuerung werden diese Ventile so betrieben, dass der Verschlussmechanismus eine Zwischenstellung zwischen den Schaltstellungen einnimmt, oder sie werden in schneller Aufeinanderfolge gleich oder unterschiedlich lange geöffnet oder geschlossen, so dass sich dabei ein einer stationären Zwischenstellung des Verschlussmechanismus entsprechender zustand einstellt. Durch eine derartige Einstellung des Ventils kann ein definierter Differenzdruck über dem Ventil in der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung eingestellt werden.

Durch die Lenkung nach der Erfindung kann über eine Verstärkungsfunktion hinaus im Grundsatz auch ein Verschwenken der lenkbaren Räder fahrerunabhängig erfolgen, z. B. um auf erkannte Notsituationen, wie Fahrzeuginstabilitäten, schneller und besser (als der Fahrer) zu reagieren. Darüber hinaus können Komfortfunktionen, wie eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige notwendige Lenkkraft im Sinne einer Parameterlenkung einfach realisiert werden.

Aufbau und Funktion der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung wird nun anhand von Abbildungen (Fig. 1 bis 6) beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Lenksystem mit einer hydraulischen Lenkunterstützung durch eine von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs angetriebene hydraulische Pumpe.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung mit einer Ventileinheit mit Linearschieberventil (Servoventil), Sicherheitsventil und zwei Drucksensoren.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung mit einem Wegsensor an dem Aktuator eines Linearschieberventils der Ventileinheit.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung mit einer Ventileinheit mit vier analogisierten Ventilen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit geschlossener Mitte nach der Erfindung mit einer Ventileinheit mit vier analogisierten Ventilen und einem Hochdruckspeicher.

Fig. 6 zeigt die Ventileinheit nach der Erfindung mit einem Linearschieberventil und einem Sicherheitsventil in geschlossener Schaltstellung in schematischer Darstellung.

Fig. 7 zeigt die in Fig. 8 dargestellte Ventileinheit in einem Querschnitt.

Fig. 8 zeigt die Ventileinheit nach der Erfindung mit einem Linearschieberventil und einem Sicherheitsventil in offener Schaltstellung in schematischer Darstellung.

Fig. 9 zeigt die in Fig. 10 dargestellte Ventileinheit in einem Querschnitt.

Das in der Fig. 1 dargestellte Lenksystem besteht aus einem Lenkrad 1, einer mit dem Lenkrad 1 verbundenen Lenksäule 2 mit 2 Kreuzgelenken 3,4. Die Lenksäule 2 ist verbunden oder ein Teil einer Lenkradwelle 5, die über ein Lenkgetriebe 6, eine Lenkstange 7, hier als Zahnstange 7 ausgebildet, die seitlich an der Zahnstange 7 befestigten Spurstangen 8,9 betätigt, und dadurch ein Verschwenken der Räder 10, rill bewirkt. Bei der hier gezeigten Zahnstangenlenkung wird eine hydraulische Unterstützung mittels einer von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs, z. B. über einen Riementrieb 12, angetriebene hydraulische Pumpe 13 realisiert, die unter Druck stehende Druckflüssigkeit zu einem Lenkventil 14 über eine Leitung 15 liefert. Durch eine Rücklaufleitung 16 kann die Druckflüssigkeit zurück in einen Vorratsbehälter 17 strömen.

In Geradeausstellung des Lenkrads fließt ein konstanter Ölstrom durch das in Neutralstellung stehende Lenkventil (offenen Mitte) und durch die Rücklaufleitung 16 zurück.

Der Druck in 2 durch einen Kolben 21 getrennten Kammern 18,19 eines an der Zahnstange 7 angeordneten

Arbeitszylinders 20 ist dann gleich groß. Es erfolgt keine Lenkunterstützung.

Beim Drehen des Lenkrads 1 wird über den Torsionsstab 80 und Lenkgetriebe 6 die Zahnstange 7 verschoben. Die Bewegung des Kolbens 21 wird durch den Druck der Druckflüssigkeit unterstützt. Dabei bewirkt das Ventil 14, dass Druckflüssigkeit von einer Kammer in die andere Kammer fließt, so dass die Lenkbetätigung eine hydraulische Unterstützung erfährt. Die Betätigung des Lenkrades 1 kann durch einen Lenkwinkelsensor 22 gemessen werden und dessen Signal kann vorzugsweise über ein Fahrzeugbussystem (CAN) 23 einer elektronischen Einheit übermittelt werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung. Gleiche Teile der Lenkung sind hier und im folgenden auch mit denselben Bezugszeichen wie in der Fig. 1 versehen worden.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Ventileinheit 24 vorgesehen, die ein hydraulisches Linearschieberventil 25 und ein Sicherheitsventil 26 aufweist. Das Linearschaltventil 25 wird durch einen elektrischen Aktuator 27, vorzugsweise über einen Servomotor und ein Getriebe, betätigt. Dabei wird ein Ventilschieber 28 in verschiedene Schieberstellungen gestellt. Im Zusammenwirken mit Steuerkanten des Ventilschiebers 28und Bohrungen 30,31, 32 in einem Block der Ventileinheit 24, dem Ventilblock 29, sind durch die Linearbewegung des Linearschieberventils 25 drei Schaltendstellungen möglich : eine erste Schaltsndstellung, in der ein Druckmittel in die zwei hydraulischen Kammern 18,19 eingeleitet werden kann und/oder aus den zwei hydraulischen Kammern 18,19 herausgeleitet werden kann, so dass keine Druckdifferenz zwischen beiden Kammern besteht (Mittelstellung), eine zweite Schaltendstellung, in der das Druckmittel in die

erste hydraulische Kammer 18 eingeleitet werden kann und aus die zweite hydraulische Kammern 19 herausgeleitet werden kann, und eine dritte Schaltendstellung, in der das Druckmittel aus der ersten hydraulischen Kammern 18 herausgeleitet werden kann und in die zweite hydraulische Kammer 19 eingeleitet werden kann, so dass eine maximale Druckdifferenz zwischen den Drücken in beiden hydraulischen Kammern gebildet eingestellt wird, wobei zwischen diesen Endstellungen die Druckdifferenz kontinuierlich einstellbar ist.

Für die Regelung des Differenzdrucks zwischen den Drücken in beiden hydraulischen Kammern sind zwei hydraulische Drucksensoren 33,34 angeordnet, mittels denen der hydraulische Druck in den beiden hydraulischen Kammern 18,19 erfasst wird. Ferner ist ein Momentensensor 35 angeordnet, der das Drehmoment an einer Lenkradwelle 5 der Fahrzeuglenkung erfasst. Der Momentensensor 35 dient im wesentlichen zur Erzeugung einer Sollwert-Vorgabe für die Regelung des Differenzdrucks. Die Regelung der Lenkunterstützung erfolgt mittels einer elektronischen Einheit, der ECU 36, nach Maßgabe des ermittelten Lenkradwinkels 37, des an der Lenkradwelle 5 ermittelten Drehmoments 38, der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. von einem Bremsenregelungssystem ermittelten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit 39 und nach ggf. weiteren Einflussgrößen, wie z. B. Fremdansteuerung 40 durch eine Fahrstabilitätsregelung oder durch Assistenzsysteme zur Fahrspurhaltung oder für Einparkvorgänge.

Als Sicherheitsventil 26 ist ebenfalls ein hydraulisches Schieberventil vorgesehen, das mittels zwei hydraulischer Schaltventile 41,42 durch eine Linearbewegung eines Sicherheitsventil-Schaltelements 43 und im Zusammenwirken mit Bohrungen 31,32, 44,45 in verschiedene Schaltstellungen schaltbar ist. Durch das Sicherheitsventil 26 sind die zwei

hydraulischen Kammern 18,19 über die Bohrungen 44,45 und Verbindungsleitungen 46,47 Leitungen direkt miteinander verbindbar. Damit ist auch bei einem Ausfall der Unterstützungsfunktion bzw. der Aktuatorik der Lenkunterstützung die Funktion der Fahrzeuglenkung (ohne Lenkunterstützung) sichergestellt.

Vorzugsweise ist die Ventileinheit 24 mit den Schaltventilen 41,42 und dem Aktuator 27 in einer Hydraulikeinheit 48 zusammengefasst, wobei auch die Drucksensoren 33,34 darin integriert sein können (hier nicht dargestellt). An die Hydraulikeinheit 48 wird vorzugsweise ein Elektronikblock 49 mit den Schnittstellen zu den Signalen 37-40 und mit der ECU 36 angeordnet. Der Elektronikblock 49 wird vom Bordnetz mit Spannung versorgt (Versorgungsspannung UBATT 50).

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung. Im Unterschied zu den in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Druckregelung hier nicht nach Maßgabe von Drucksensor-Signalen (51,52 in Fig. 2), sondern es ist ein Linearwegsensor 53 an dem Aktuator 27 vorgesehen. Auf Grundlage des gemessenen Wegs des Schiebers 29 des Linearschieberventils 25, werden die hydraulischen Drücke in den Kammern 18,19 ermittelt bzw. abgeschätzt und zur Regelung der Lenkunterstützung verwendet 54.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lenkung mit offener Mitte nach der Erfindung, die eine Ventileinheit mit vier analogisierten Ventilen 55,56, 57,58 aufweist, die zwecks Regelung des Drucks in den beiden hydraulischen Kammern 18,19 durch die ECU 36 angesteuert werden 59,60, 61,62. Ferner ist ein Schaltventil 63 als Sicherheitsventil vorgesehen, mittels dem die zwei hydraulischen Kammern direkt miteinander verbindbar sind.

Das Schaltventil 63 wird ebenfalls von der ECU 36 angesteuert 64.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Lenkung mit geschlossener Mitte nach der Erfindung, die der in Fig. 4 gezeigten Ausführung ähnlich ist und ebenfalls vier Analogventil 65-58 aufweist.

Darüber hinaus ist für die Ausführung"geschlossene Mitte" ein Hochdruckspeicher 69 für das Druckmittel vorgesehen.

Vorteilhaft ist durch den Hochdruckspeicher 69 immer ein Energievorrat für die Lenkunterstützung vorhanden. Der Speicher 69 wird nur dann mittels der Pumpe 13 aufgeladen, wenn der Druck unter einen unteren Grenzwert, hier ca. 120 bar, sinkt. Die Ladung erfolgt vorteilhaft bis zu einem maximalen Druck von ca. 180 bar. Daher ist die Pumpe 13 über eine Kupplung 70 in den Antrieb, hier über einen Riementrieb, integriert. Die Kupplung 70 kann vorteilhaft mit der Pumpe 13 als eine Baueinheit ausgebildet sein. Hier erfolgt die Regelung über einen weiteren Drucksensor 71, welcher den Druck in einem Hochdruckspeicher misst und der ECU 36 zuführt 72.

Es ist besonders vorteilhaft, als Regelventile 65-68 zwei stromlos geschlossene (SG) 66,67 und zwei stromlos offene (SO) 65,68 Analogventile oder analog ansteuerbare Ventile vorzusehen, zwecks Regelung des Drucks in den beiden hydraulischen Kammern.

In den Fig. 6 bis Fig. 9 ist beispielhaft das Sicherheitskonzept näher dargestellt.

Dabei zeigt Fig. 6 die Ventileinheit nach der Erfindung mit einem Linearschieberventil 25 und einem Sicherheitsventil 26 in geschlossener Schaltstellung in schematischer Darstellung und Fig. 7 zeigt die in Fig. 8 dargestellte

Ventileinheit 24 in einem Querschnitt. Die Hydraulikeinheit 48 mit der Ventileinheit 24 entspricht der in Fig. 2 und 3 dargestellten und zuvor beschriebenen Form.

Das Linearschaltventil 25 befindet sich in der ersten Schaltendstellung (Mittelstellung), in der das Druckmittel in die zwei hydraulischen Kammern 18,19 eingeleitet werden kann und/oder aus den zwei hydraulischen Kammern 18,19 herausgeleitet werden kann. Durch ein elastisches Element, insbesondere eine Feder, wird diese Mittelstellung automatisch vom Ventilschieber eingenommen, wenn der Aktuator keine bestimmte Stellung einregelt. Damit wird im Fall eines Fehlers immer eine Betätigung der Lenkung (ohne Servounterstützung) sichergestellt.

Das Sicherheitsventil 26 befindet sich hier in der Abbildung in der stromlosen Schaltstellung. Das bedeutet die beiden Schaltventile 41,42 sind hier unbestromt.

Dadurch ist das Sicherheitsventil 26 geschlossen. Dies stellt zugleich einen Fehlerfall dar. Die Verbindungsleitungen 44,45 zu den hydraulischen Kammern, 18,19 sind in diesem Fall miteinander verbunden. Ein Systemfehler in der Verstärkungsfunktion der Lenkung lässt dann die Grundlenkfunktion (ohne Lenkungsverstärkung) der Fahrzeuglenkung unbeeinflusst.

Die Fig. 8 und Fig. 9 entspricht der Abbildung in Fig. 6 und Fig. 7, wobei hier das Sicherheitsventil 26 in offener Schaltstellung gezeigt ist. Dazu sind die Schaltventile 41,42 bestromt.

Das Linearschieberventil 25 befindet sich wie in Fig. 6 und Fig. 7 in der ersten Schieberstellung (Mittelstellung). Da das Sicherheitsventil 26 nun offen ist, sind die hydraulischen Kammern 18,19 nicht direkt miteinander verbunden. Eine Verstärkungsfunktion der Lenkung lässt sich

über das Verschieben des Linearschieberventils 25 einstellen, wobei ein (regelbarer) Differenzdruck zwischen den einzelnen Kammern 18,19 entsteht.

Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung kann vorteilhaft die herkömmliche Zahnstangenlenkung verwendet werden. Da-im Gegensatz zu herkömmlichen hydraulischen Lenkungen, bei denen das Drehschieber-Lenkventil nicht über den Torsionsstab gekoppelt ist-hier ein mechanisch entkoppelt Lenkventile bzw. Ventile vorgesehen sind, ist die Lenkunterstützung auch fremdansteuerbar. Hier wird beispielsweise ein Aktuator (elektromechanischer Wandler) translatorisch entsprechend einer Reglervorgabe gesteuert und bewirkt eine entsprechende, gewünschte Ventilbetätigung.